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Capa Alfredini_engenharia portuária_Blucher.pdf 1 20/02/2014 11:20:11

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Os temas apresentados no livro certamente serão de grande utilidade não somente para os estudantes e profissionais de Engenharia envolvidos em sua aplicação na área portuária, mas a todos os interessados nesse tema essencial para o pleno desenvolvimento do transporte aquaviário.

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Engenharia

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As duas primeiras partes da obra, Hidráulica Marítima e Hidráulica Fluvial, apresentam os principais conceitos e características naturais a serem considerados para a navegação. As partes finais, Obras Portuárias e Costeiras e Obras Hidroviárias, trazem a aplicação prática do conhecimento em projetos, com destaque para canais, quebra-mares, métodos construtivos aplicados em portos modernos do Brasil e do exterior, hidrovias e eclusas.

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pesquisa e atuação na prática profissional, desenvolvidos em mais de trinta e cinco anos pelo Professor Paolo Alfredini, e seu conteúdo foi aperfeiçoado e atualizado durante a vivência do autor como docente da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, com a colaboração da Professora Emilia Arasaki.

Alfredini Arasaki

Engenharia Portuária é o fruto de intenso trabalho de

Paolo Alfredini Emilia Arasaki

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CONTEÚDO INTRODUÇÃO

PANORAMA AQUAVIÁRIO............................................................................. 1 2 3

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Panorama Hidroviário Nacional .............................................. Panorama do Gerenciamento Costeiro Nacional ................... Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem ................................................................................ 3.1 Introdução .................................................................... 3.1.1 Sustentabilidade da cabotagem .......................... Marinas e Atracadouros Pesqueiros ....................................... Sistemas Oceânicos .................................................................

64 64 73 83 88

HIDRÁULICA M ARÍTIMA ..............................................................................

95

4 5

33 57

PARTE 1 1

Hidrodinâmica e Estatística das Ondas Curtas Produzidas pelo Vento ............................................................................... 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 2

100 106 108 111 111 112 113 113 115 121 121 133 138 144 144 144 146

Dinâmica das Ondas Longas de Maré em Embocaduras Marítimas .................................................................................... 149 2.1

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Introdução sobre Ondas de Oscilação .................................... Ondas Monocromáticas e Ondas Naturais ............................. Dispersão da Onda e Velocidade de Grupo ............................ Energia da Onda ...................................................................... 1.4.1 Pressão subsuperficial ................................................. 1.4.2 Energia e potência das ondas ...................................... Características Estatísticas das Alturas das Ondas Oceânicas ..................................................................................... 1.5.1 Distribuição das alturas de ondas em uma tempestade ................................................................... 1.5.2 Distribuição estatística de longo período ................... Efeitos de Águas Intermediárias e Rasas .............................. 1.6.1 Empolamento e refração ............................................. 1.6.2 Arrebentação ................................................................ Difração .................................................................................... Reflexão .................................................................................... Correntes Longitudinais Produzidas pela Arrebentação ..... 1.9.1 Considerações gerais ................................................... Variabilidade do Clima de Ondas ...........................................

99

Dinâmica da Maré Estuarina .................................................. 2.1.1 Considerações gerais sobre a maré astronômica ....... 2.1.2 Considerações gerais sobre a maré meteorológica ....

150 150 156

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2.1.3 Descrição matemática das marés astronômicas ......... 158 2.1.4 A maré astronômica real em estuários......................... 165 2.1.5 Modificações dinâmicas da maré astronômica em estuários ........................................................................ 165 2.1.6 Efeitos das larguras e profundidades nas massas estuarinas....................................................................... 166 2.1.7 Previsão da maré astronômica por análise harmônica....................................................................... 167 2.2 Propagação da Maré em Estuários.......................................... 177 2.2.1 Circulação e misturação ............................................... 177 2.2.2 Tipos de circulação ....................................................... 187 2.2.3 Variação relativa do nível médio do mar e seus impactos ......................................................................... 188

3

Transporte de Sedimentos Litorâneo e Morfologia Costeira ...... 211

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Introdução ................................................................................. 212 Origens e Características dos Sedimentos de Praia .............. 215 3.2.1 Considerações gerais .................................................... 215 3.2.2 Balanço sedimentar ...................................................... 216 3.2.3 Características dos sedimentos de praia ..................... 221 Circulação Induzida pelas Ondas junto à Costa ..................... 223 3.3.1 Considerações gerais .................................................... 223 3.3.2 Ataque frontal ............................................................... 223 3.3.3 Ataque oblíquo .............................................................. 224 Descrição do Transporte de Sedimentos Litorâneo .............. 226 3.4.1 Considerações gerais .................................................... 226 3.4.2 Ao largo da arrebentação ............................................. 227 3.4.3 Região de arrebentação ................................................ 228 Perfis de Praia e Formações Costeiras Típicas ...................... 232 3.5.1 Perfis transversais de praia .......................................... 232 3.5.2 Formações costeiras típicas ......................................... 236 Análise Quantitativa do Processo de Transporte Litorâneo. 255 3.6.1 Início do movimento de sedimentos não coesivos e conformações de fundo ................................................ 255 3.6.2 A estimativa da vazão do transporte litorâneo ........... 260

4 Hidrossedimentologia, Dinâmica Halina e Morfológica em Embocaduras Marítimas .................................................. 267 4.1 4.2 4.3 4.4

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Descrição Geral das Embocaduras Marítimas ....................... 268 4.1.1 Definição generalizada de estuário e a importância do seu estudo ................................................................. 268 4.1.2 Classificação dos estuários ........................................... 270 4.1.3 Características gerais dos processos estuarinos ........ 275 Intrusão Salina em Estuários .................................................. 279 4.2.1 Descrição da dinâmica da intrusão salina .................. 279 4.2.2 Mecanismo de uma cunha salina estacionária ........... 281 4.2.3 Análise de estuários misturados ................................. 282 Processos Sedimentológicos .................................................... 283 4.3.1 Fontes sedimentares ..................................................... 283 4.3.2 Dinâmica do transporte de sedimentos ...................... 286 Processos Morfológicos ............................................................ 301 4.4.1 Considerações gerais .................................................... 301

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4.5

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4.4.2 Conceito de equilíbrio dinâmico ou de regime em estuários ........................................................................ 301 4.4.3 Conceito de estuário ideal............................................. 302 4.4.4 Processos morfológicos em deltas................................ 303 4.4.5 Processos morfológicos em embocaduras de maré..... 308 Estudos de Casos....................................................................... 311 4.5.1 Aspectos relativos à dinâmica hidráulico-salina do Baixo Rio Cubatão (SP)................................................. 311 4.5.2 Modelo analítico para vazão de barreira hidráulica no Rio Cubatão (SP)........................................................... 317 4.5.3 Impacto da vazão da Barragem do Valo Grande na distribuição de salinidade no Complexo Estuarino -Lagunar de Iguape-Cananeia (SP).............................. 319 4.5.4 O Terminal Marítimo de Ponta da Madeira (MA)....... 323 4.5.5 Estudo da dispersão de efluentes de emissários submarinos na Baixada Santista (SP).......................... 332

PARTE 2

Hidráulica Fluvial ................................................................................. 339

5

Transporte de Sedimentos Fluvial ................................................... 343

5.1 Introdução ................................................................................. 344 5.1.1 Considerações gerais .................................................... 344 5.1.2 Condicionantes do transporte de sedimentos ............ 344 5.1.3 A erosão por ação hidráulica ........................................ 345 5.1.4 A viabilidade de obras de Engenharia Hidráulica e o transporte de sedimentos ............................................ 353 5.2 Modalidades do Transporte Sólido ......................................... 358 5.3 Equilíbrio dos Escoamentos com Fundo Móvel ..................... 359 5.4 Curva-chave Sólida .................................................................. 359 5.5 Distribuição de Tensões de Arrastamento na Fronteira ....... 364 6 Início do Movimento Sedimentar e Rugosidades no Leito Fluvial .............................................................................. 365 6.1 6.2 6.3 6.4

7

Quantificação do Transporte de Sedimentos Fluvial .................... 377

7.1 7.2 7.3

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Hidráulica dos Escoamentos com Fundo Móvel .................... 366 6.1.1 Lei de distribuição de velocidades ............................... 366 6.1.2 Perdas de carga nos escoamentos com fundo móvel .. 366 6.1.3 Turbulência ................................................................... 367 Propriedade dos Sedimentos ................................................... 367 6.2.1 Caracterização .............................................................. 367 6.2.2 Origem ........................................................................... 368 Início do Transporte Sólido por Arrastamento ...................... 368 6.3.1 Considerações gerais .................................................... 368 6.3.2 Início do transporte ...................................................... 369 Conformações de Fundo .......................................................... 373 Capacidade de Transporte por Arrastamento de Fundo ...... 378 Transporte Sólido em Suspensão ........................................... 379 7.2.1 Distribuição da concentração de sedimentos transportados em suspensão ....................................... 379 7.2.2 Determinação da vazão sólida em suspensão ............. 381 Transporte Sólido Total ........................................................... 381

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7.3.1 Transporte sólido efetivo .............................................. 381 7.3.2 Vazão sólida total ............................................................ 382 7.4 Fluxos de Transporte de Sedimentos e Detritos em Erosões por Remoção em Massa ............................................................ 384 7.4.1 Caracterização e classificações .................................... 384 7.4.2 As três zonas que compõem o processo das erosões por remoção em massa ................................................. 386 7.4.3 Estudo de caso da corrida de detritos de 18 de março de 1967, em Caraguatatuba (SP) ................................. 397

8

Morfologia Fluvial e Teoria do Regime ........................................... 401

8.1 8.2 8.3

9

Introdução ................................................................................. 402 Teoria do Regime ..................................................................... 405 8.2.1 Geometria hidráulica ..................................................... 405 8.2.2 Resposta fluvial .............................................................. 406 Evolução dos Cursos d’Água .................................................... 407 8.3.1 Princípios fundamentais que regem a modelação do leito ............................................................................. 407 8.3.2 Perfis longitudinais fluviais ........................................... 412 8.3.3 Efeito dos filetes líquidos no processo hidrossedimentológico ................................................... 412

Características Planialtimétricas Fluviais em Planície Aluvionar . 417 9.1 9.2

Leis de Fargue .......................................................................... 418 Meandros Divagantes ............................................................... 422

PARTE 3

Obras Portuárias e Costeiras ............................................................... 425

10

Tipos do Portos .................................................................................. 427

10.1 Classificação dos Tipos de Portos ........................................... 428 10.1.1 Definição ........................................................................ 428 10.1.2 Natureza dos portos ..................................................... 428 10.1.3 Localização .................................................................... 429 10.1.4 Utilização ....................................................................... 429 10.2 Obras de Melhoramento dos Portos ........................................ 429 10.3 Arranjo Geral das Obras Portuárias ....................................... 430 10.3.1 Obras portuárias encravadas na costa ou estuarinas. 430 10.3.2 Obras portuárias salientes à costa e protegidas por molhes ................................................................... 430 10.3.3 Obra portuária ao largo protegida por quebra-mar ... 430 10.3.4 Outros tipos de arranjos gerais .................................... 449 10.4 Localização de Quebra-mares ................................................. 451 10.5 Marinas ou Portos de Recreio e Lazer .................................... 455 10.6 Questões Fundamentais do Projeto das Obras Portuárias ... 459 10.7 Ações em Estruturas Portuárias Marítimas ou Fluviais ....... 459 10.8 Revitalização Urbanística de Antigas Áreas Portuárias ....... 461

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Dimensões Náuticas Portuárias ....................................................... 467 11.1 Canais de Acesso ...................................................................... 468

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11.1.1 Aspectos relacionados à profundidade de canais de acesso portuários .................................................... 468 11.1.2 Aspectos relacionados à largura de canais de acesso portuários ......................................................... 473 11.1.3 Exemplos de canais de acesso portuários .................. 496 11.2 Bacias Portuárias ..................................................................... 498 11.2.1 Bacias de evolução ........................................................ 498 11.2.2 Bacias de espera ou fundeio ........................................ 501 11.2.3 Bacias do berço ............................................................. 501 11.3 Profundidades em Áreas Lamosas: A Abordagem no Fundo Náutico ...................................................................................... 503 11.3.1 Considerações gerais .................................................... 503 11.3.2 Determinação prática do fundo náutico (PIANC, 1997) ............................................................... 504

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Tipo de Obras de Abrigo Portuárias ............................................... 513

12.1 Considerações Gerais sobre as Obras de Abrigo .................... 514 12.1.1 Função ........................................................................... 514 12.1.2 Finalidades .................................................................... 515 12.2 Tipos Convencionais de Obras de Abrigo ............................... 515 12.3 Tipos Não Convencionais de Obras de Abrigo ....................... 521 12.4 Escolha do Tipo de Obra .......................................................... 527 12.5 Instalações para Pré-fabricação, Transporte, Assentamento e Superestrutura de Caixões de Concreto Armado ............... 543 12.5.1 Características gerais das instalações para pré-fabricar os caixões de concreto armado ............... 543 12.5.2 Transporte dos caixões ................................................ 555 12.5.3 Assentamento dos caixões ........................................... 556 12.5.4 Execução da superestrutura ........................................ 558

13

Dimensionamento de Obras de Abrigo Portuárias ...................... 563

13.1 Anteprojeto de Quebra-mar de Talude ................................... 564 13.1.1 Características gerais da seção transversal ................ 564 13.1.2 Composição do maciço ................................................. 566 13.1.3 Equipamentos e métodos construtivos ....................... 567 13.1.4 Fatores de projeto ......................................................... 567 13.1.5 Pré-dimensionamento da armadura ........................... 567 13.1.6 Pré-dimensionamento da seção transversal ............... 568 13.1.7 A onda de projeto .......................................................... 571 13.2 Metodologia de Projeto de um Quebra-mar de Berma .......... 575 13.3 Diagrama de Pressões sobre uma Parede Vertical ................ 578 13.4 Dimensionamento do Peso dos Blocos de Espigões de Enrocamento ............................................................................ 579 13.5 Exemplos de Obras de Quebra-Mares de Talude ................... 581 13.5.1 Molhes de Rio Grande (RS) .......................................... 581 13.5.2 Molhe de Punta Riso no Porto de Brindisi (Itália)...... 583 13.5.3 Molhe do Porto de Riposto, em Catania (Itália) ......... 585 13.6 Exemplo de Obras de Quebra-Mar de Parede Vertical .......... 585 13.6.1 Obras de abrigo no Porto de Genova (Itália) .............. 585 13.6.2 Obra de abrigo e contenção no Porto de Savona (Itália) ............................................................... 590 13.6.3 Obra de abrigo e contenção no Estaleiro Naval de Castellammare di Stabia (Itália) ................................. 590

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13.6.4 Obras de abrigo em Punta Riso e Costa Morena no Porto de Brindisi (Itália) .............................................. 590 13.6.5 Quebra-mar externo a oeste do Porto Industrial de Taranto (Itália) ........................................................ 590 13.6.6 Molhes espanhóis no Mediterrâneo ............................. 595 13.6.7 Obras de abrigo no Japão .............................................. 595 13.6.8 Obras de abrigo em marinas no Mar Mediterrâneo .... 598 13.6.9 Porto Pesqueiro de Terrasini em Palermo (Itália) ..... 601 13.7 Exemplo de Obra de Quebra-Mar Flutuante .......................... 602

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Estruturas e Equipamentos de Acostagem ..................................... 607

14.1 Características Gerais, Classificação e Tipos Principais das Obras Acostáveis ...................................................................... 608 14.2 Ação das Embarcações nas Obras Acostáveis ........................ 616 14.2.1 Considerações gerais .................................................... 616 14.2.2 Defensas ........................................................................ 618 14.2.3 Cabos de amarração ..................................................... 634 14.2.4 Equipamento de amarração baseado em terra .......... 649 14.3 Elementos Básicos no Projeto Estrutural das Obras de Acostagem ................................................................................. 657 14.3.1 Considerações gerais .................................................... 657 14.3.2 Classificação do tipo estrutural ................................... 658 14.4 Portos Fluviais .......................................................................... 676 14.4.1 Considerações gerais .................................................... 676 14.4.2 Acesso e abrigo ............................................................. 677 14.4.3 Obras de acostagem ...................................................... 677 14.5 Descrição de Métodos Construtivos de Obras Estaqueadas . 684 14.5.1 Construção do Pier I do Complexo Portuário de Ponta da Madeira (1980-1985) ..................................... 684 14.5.2 Construção do Berço Sul do Pier IV do Complexo Portuário de Ponta da Madeira (2010-2012) ............... 694 14.5.3 Construção do Berço 2 do Porto da Alumar em São Luís (MA) (2007-2009) .......................................... 706 14.5.4 Construção do Terminal da BTP no Porto de Santos (SP) (2010-2013) ........................................................... 709 14.6 Descrição de Métodos Construtivos de Obras em Parede Vertical ...................................................................................... 726 14.6.1 Construção do Berço 1 do Porto da Alumar em São Luís (MA) (1981-1984) .......................................... 726 14.6.2 Construção dos cinco salientes da Bacia Portuária de Sampierdarena no Porto de Genova (Itália) (1930-1937) ................................................................... 729 14.6.3 Construção do píer para atracação de navios carvoeiros e petroleiros de porto bruto até 60 mil tpb no Porto de La Spezia (Itália) (1960-1962 e 1969-1971) ..................................................................... 730 14.6.4 Construção de cais no Porto de Pasajes (Espanha) (1955-1959) .................................................................... 731 14.6.5 Construção de cais no Porto de Barcelona (Espanha) (1965-1969) .................................................................... 731 14.6.6 Construção de salientes no Porto Industrial de Taranto (Itália) (1962-1964 e 1970-1974) .................... 731

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14.6.7 Construção da tomada d’água para o resfriamento dos condensadores da Usina Termelétrica de Brindisi (Itália) (1966-1968 e 1972-1975) .................................. 737 14.7 Construção de Diques Secos para Construção e Carenagem em Estaleiros Navais ................................................................ 738 14.7.1 Diques secos .................................................................. 738 14.7.2 Exemplos de obras de diques secos ............................. 740 14.7.3 Carreiras ........................................................................ 748 14.7.4 Cais e píeres de acabamento e reparos ....................... 749 14.7.5 Carreiras para lançamento lateral de cascos............... 756 14.8 Recuperação e Reforço Estrutural em Cais ........................... 757 14.8.1 Considerações gerais .................................................... 757 14.8.2 Inspeção visual subaquática ........................................ 758 14.8.3 Estudos geoténicos ....................................................... 758 14.8.4 Cálculo das estruturas .................................................. 760 14.8.5 Execução das obras ...................................................... 760 14.8.6 Logística da execução ................................................... 761 14.8.7 Cuidados ambientais ..................................................... 762 15 Equipamentos de Movimentação e Instalações de Armazenamento de Cargas ................................................... 763 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15.10

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Introdução ................................................................................. 764 Berços para Carga Geral .......................................................... 766 15.2.1 Cota ................................................................................ 766 15.2.2 Larguras das plataformas ............................................ 766 15.2.3 Largura total da área no tardoz da frente do cais ..... 768 15.2.4 Armazenamento coberto das cargas ........................... 768 15.2.5 Pátios de estocagem ..................................................... 770 15.2.6 Equipamento para movimentação de carga ............... 770 Terminais de Contêineres ....................................................... 780 15.3.1 Considerações gerais .................................................... 780 15.3.2 Cota e largura da plataforma ....................................... 781 15.3.3 Pátio de contêineres e equipamento ........................... 781 15.3.4 Terminais mistos de carga geral e contêineres .......... 788 Terminais Roll-on/Roll-off ...................................................... 788 Terminais para Granéis Líquidos ............................................ 789 15.5.1 Considerações gerais .................................................... 789 15.5.2 Berços convencionais para óleo cru e derivados de petróleo .................................................................... 790 15.5.3 Estocagem de granéis líquidos .................................... 792 15.5.4 Terminais convencionais para gases liquefeitos refrigerados e/ou comprimidos ................................... 794 15.5.5 Instalações de estocagem para gases liquefeitos ....... 794 15.5.6 Terminais operando com boias ................................... 794 Terminais para Granéis Sólidos .............................................. 797 15.6.1 Considerações gerais .................................................... 797 15.6.2 Terminais convencionais de exportação .................... 798 15.6.3 Terminais convencionais de importação .................... 810 Terminais e Portos Fluviais .................................................... 815 Estaleiros Navais ...................................................................... 823 Bases de Apoio Logístico Offshore ......................................... 826 Porto Ilha .................................................................................. 829

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Políticas e Operações Portuárias ..................................................... 833

16.1 Modelos de Política Portuária .................................................. 834 16.1.1 Considerações gerais .................................................... 834 16.1.2 Modelos de controle portuário ..................................... 838 16.1.3 Atividade portuária ...................................................... 840 16.2 Mão de obra ............................................................................... 850 16.3 Tarifas Portuárias .................................................................... 851 16.4 A Política de Gestão Integrada ................................................ 852 16.5 Considerações sobre Anteprojeto de Dimensionamento Operacional ............................................................................... 854 16.5.1 Aspectos básicos ........................................................... 854 16.5.2 Dimensionamento do número de berços .................... 855 16.5.3 Dimensionamento de instalações de armazenagem para granéis .................................................................. 856 16.5.4 Estudo logístico comparativo de embarque de soja ... 857 16.6 Centro Integrado de Operação Logística ................................ 860 16.7 Controle de Tráfego Aquaviário .............................................. 862

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Tipos de Obras de Defesa dos Litorais ........................................... 865

17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7

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Introdução ................................................................................. 866 17.1.1 Erosão costeira .............................................................. 866 17.1.2 Obras de defesa dos litorais .......................................... 866 17.1.3 Intervenções não estruturais ....................................... 866 Levantamento de Dados para o Projeto ................................. 867 As Obras de Defesa .................................................................. 867 17.3.1 Classificações genéricas ............................................... 867 Obras Longitudinais Aderentes .............................................. 868 17.4.1 Descrição ....................................................................... 868 17.4.2 Funções ......................................................................... 868 17.4.3 Limitações ..................................................................... 869 17.4.4 Parâmetros funcionais do projeto ................................ 869 17.4.5 Materiais empregados ................................................... 870 17.4.6 Modelos de obras longitudinais aderentes .................. 870 Espigões .................................................................................... 876 17.5.1 Descrição ....................................................................... 876 17.5.2 Funções ......................................................................... 876 17.5.3 Limitações ..................................................................... 876 17.5.4 Utilização de espigão isolado ....................................... 877 17.5.5 Utilização de um campo de espigões .......................... 877 17.5.6 Parâmetros funcionais do projeto ................................ 880 17.5.7 Materiais empregados ................................................... 881 Quebra-mares Costeiros .......................................................... 881 17.6.1 Descrição ....................................................................... 881 17.6.2 Função ........................................................................... 882 17.6.3 Funcionamento ............................................................. 882 17.6.4 Limitações ..................................................................... 882 17.6.5 Parâmetros funcionais de projeto ................................ 883 17.6.6 Indicações para o estudo preliminar de um sistema de quebra-mares costeiros ........................................... 884 17.6.7 Materiais empregados ................................................... 884 Alimentação Artificial das Praias ........................................... 884

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17.7.1 Descrição ........................................................................ 884 17.7.2 Funções .......................................................................... 885 17.7.3 Limitações ...................................................................... 885 17.7.4 Parâmetros funcionais de projeto ................................ 886 17.7.5 Modelos de engordamentos artificiais de praias ......... 887 17.8 Obras de Proteção contra Inundações e Ação do Vento ........ 889 17.8.1 Diques ............................................................................ 889 17.8.2 Fixação das dunas de areia .......................................... 891 17.9 Materiais Não Convencionais de Contenção com Geosintéticos ............................................................................ 894 17.9.1 Geotube .......................................................................... 894 17.9.2 Bolsacreto ...................................................................... 896

18

Efeito das Obras Costeiras sobre o Litoral...................................... 899

18.1 Espigões .................................................................................... 900 18.1.1 Descrição conceitual do impacto sobre a linha de costa .......................................................................... 900 18.1.2 Exemplificação de obras de campos de espigões ....... 902 18.2 Quebra-mares Costeiros .......................................................... 910 18.2.1 Descrição conceitual do impacto sobre a linha de costa .......................................................................... 910 18.2.2 Características funcionais de quebra-mar emerso costeiro ............................................................. 914 18.2.3 Características funcionais de quebra-mares emersos segmentados ................................................... 916 18.3 Alimentação Artificial de Praias ............................................. 917 18.4 Instalação de Comportas e Solução Integrada ....................... 919 18.5 Soluções Analíticas do Modelo de Uma Linha para as Mudança da Linha de Costa .................................................... 920 18.5.1 Considerações gerais .................................................... 920 18.5.2 Descrição da teoria de uma linha ................................ 921 18.5.3 Soluções para a evolução de linha de costa no tempo sem a presença de estruturas costeiras ........... 923 18.5.4 Soluções para a evolução de linha de costa no tempo com a presença de estruturas costeiras rígidas ............................................................................ 928 18.6 Projeto de Alimentação Artificial de Praia com Função Protetiva .................................................................................... 942 18.6.1 Considerações gerais .................................................... 942 18.6.2 Fator de sobre-enchimento R A ..................................... 943 18.6.3 Fator de realimentação Rj ............................................ 943 18.7 Arenoduto ................................................................................. 946 18.7.1 Descrição dos objetivos da instalação do “Sabbiodotto di Riccione” na Itália ............................ 946 18.7.2 Premissas ....................................................................... 946 18.7.3 As obras ......................................................................... 949

19

Tipos de Obras em Embocaduras Marítimas.................................. 955

19.1 Princípios das Obras de Controle e Aproveitamento dos Estuários ................................................................................... 956 19.1.1 Princípios gerais ............................................................ 956 19.2 Métodos de Controle ................................................................ 958

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19.3 Controle Hidráulico .................................................................. 958 19.3.1 Revestimentos de margem ........................................... 958 19.3.2 Diques direcionadores................................................ 958 19.3.3 Espigões....................................................................... 962 19.3.4 Aumento do volume do prisma de maré.................... 964 19.3.5 Alterações da defasagem entre variações de níveis e velocidades.................................................... 964 19.3.6 Delimitações lagunares.............................................. 965 19.4 Controle do Transporte de Sedimentos.................................. 966 19.4.1 Controle do fluxo de sólidos....................................... 966 19.5 Exemplos de Obras em Embocaduras Estuarinas e seus Impactos............................................................................ 967 19.6 Eventos Extremos..................................................................... 974 19.7 Obra de Transpasse de Areias (Sand by-pass)..................... 980

20

Dispersão Aquática de Efluentes Leves........................................... 987

20.1 Emissários Submarinos............................................................ 988 20.2 Conceituação sobre o Comportamento de Vazamentos de Óleo ...................................................................................... 994 20.3 Processo de Licenciamento Ambiental.................................... 1006 20.4 Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado.. 1006 20.4.1 Impacto ambiental causado por emissário submarino.................................................................... 1006 20.4.2 Critérios de emissão de cargas poluentes................. 1009 20.4.3 Brasil............................................................................ 1009 20.4.4 China............................................................................ 1014 20.4.5 Escócia......................................................................... 1016 20.4.6 Estados Unidos............................................................ 1019 20.4.7 Comunidade Europeia................................................ 1023 20.4.8 A problemática do Mar Mediterrâneo........................ 1025 20.4.9 Padrões e parâmetros recomendados....................... 1027 20.4.10 Características ambientais......................................... 1030 20.4.11 Alternativas de pré-tratamento para efluentes de emissários............................................................... 1033 20.4.12 Principais procedimentos a serem considerados no projeto de emissários............................................. 1036 20.4.13 Monitoramento de emissários submarinos............... 1037 20.4.14 Precauções na construção e manutenção................. 1038 20.4.15 Estações de tratamento de esgoto na região do Mar Mediterâneo.................................................... 1040 20.4.16 Gerenciamento ambiental sugerido para o Mar Mediterrâneo....................................................... 1044 20.4.17 O processo para a emissão de critérios e licenças .. 1048 20.5 Considerações finais.................................................................. 1055 PARTE 4

Obras Hidroviárias ................................................................................ 1057

21

Obras de Escavação Submersas....................................................... 1059

21.1 Dragagem................................................................................... 1060 21.1.1 Introdução...................................................................... 1060 21.1.2 Dragas mecânicas.......................................................... 1062

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21.1.3 Dragas hidráulicas......................................................... 1070 21.1.4 Medições dos volumes dragados................................... 1088 21.2 Derrocamento............................................................................ 1088 21.2.1 Considerações gerais..................................................... 1088 21.2.2 Métodos de derrocagem................................................ 1089 21.3 Gestão Ambiental de Dragados Não Inertes........................... 1092 21.4 Estudo de Caso da Avaliação do Processo de Assoreamento no Canal de Acesso e Bacia de Evolução do Porto da Alumar em São Luís (MA)........................................................ 1097 21.4.1 Considerações gerais.................................................. 1097 21.4.2 Histórico das dragagens na Alumar.......................... 1097 21.4.3 Dragagem de manutenção.......................................... 1100 21.4.4 Levantamento de dados.............................................. 1101 21.4.5 Metodologia................................................................. 1103 21.4.6 Resultados................................................................... 1104 21.4.7 Evolução dos fundos................................................... 1106 21.4.8 Taxas de sedimentação.............................................. 1106 21.4.9 Volumes sedimentados............................................... 1106 21.4.10 Dragagem de manutenção.......................................... 1109 21.4.11 Conclusões................................................................... 1110

22

Dimensões Náuticas Hidroviárias.................................................... 1113

22.1 Embarcações Fluviais............................................................... 1114 22.1.1 Características das embarcações fluviais.................... 1114 22.1.2 Automotores................................................................... 1114 22.1.3 Empurradores................................................................ 1115 22.1.4 Chatas............................................................................. 1118 22.1.5 Comboios de empurra................................................... 1122 22.1.6 Embarcações especializadas........................................ 1124 22.2 Dimensões Básicas das Hidrovias............................................ 1124 22.2.1 Considerações gerais..................................................... 1124 22.2.2 Profundidade mínima................................................... 1124 22.2.3 Largura mínima............................................................ 1125 22.2.4 Área mínima da seção molhada................................... 1125 22.2.5 Raio de curvatura.......................................................... 1125 22.2.6 Vão e altura livres nas pontes...................................... 1126 22.2.7 Velocidade máxima das águas...................................... 1127 22.2.8 Gabaritos propostos pelo Ministério dos Transportes................................................................... 1127 22.3 Estruturas Especiais de Canais Artificiais para a Navegação.................................................................................. 1132 22.4 Obras de Melhoramento Hidroviário para a Navegação ........ 1132 22.5 Sinalização Hidroviária............................................................. 1136

23

Obras de Melhoramento Hidroviário para a Navegação.............. 1139

23.1

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Obras de Normalização............................................................. 1140 23.1.1 Considerações gerais..................................................... 1140 23.1.2 Desobstrução e limpeza................................................ 1140 23.1.3 Limitação dos leitos de inundação............................... 1140 23.1.4 Bifurcação fluvial e confluência de tributários........... 1140 23.1.5 Obras de proteção de margens..................................... 1141 23.1.6 Retificação de meandros............................................... 1155 23.1.7 Obras de proteção de pilares de pontes....................... 1159

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23.2 Obras de Regularização do Leito............................................. 1165 23.2.1 Considerações gerais..................................................... 1165 23.2.2 Regularização em fundo fixo........................................ 1165 23.2.3 Regularização em fundo móvel.................................... 1166 23.3 Intervenções para Prevenir e Conter as Erosões por Remoção em Massa................................................................... 1181 23.3.1 Considerações gerais.................................................. 1181 23.3.2 Medidas e obras na zona de formação....................... 1182 23.3.3 Medidas e obras na zona de movimentação.............. 1188 23.3.4 Medidas e obras na zona de depósito........................ 1192 23.3.5 Exemplo de arranjo de obras na zona de movimentação e deposição........................................ 1195 24 Obra de Transposição de Desnível com Eclusas e Capacidade de Tráfego em Hidroviário................................ 1197 24.1 Princípio de Funcionamento das Eclusas de Navegação ...... 1198 24.1.1 Considerações gerais..................................................... 1198 24.1.2 Critérios de projeto........................................................ 1216 24.2 Dimensões Típicas das Eclusas Brasileiras............................. 1220 24.3 Segurança nas Eclusagens....................................................... 1222 24.4 Equipamentos das Eclusas de Navegação............................... 1226 24.4.1 Considerações gerais.................................................... 1226 24.4.2 Portas............................................................................ 1226 24.4.3 Válvulas......................................................................... 1232 24.4.4 Equipamentos complementares de controle e segurança......................................................................... 1232 24.5 Funcionamento Hidráulico das Eclusas.................................. 1232 24.5.1 Considerações gerais.................................................... 1232 24.5.2 Descrição do escoamento de enchimento.................. 1233 24.5.3 Condições de aproximação ao emboque da tomada d’água............................................................... 1235 24.5.4 Condições de escoamento nos aquedutos das válvulas......................................................................... 1235 24.5.5 Condições de distribuição das vazões nos aquedutos de alimentação............................................................. 1235 24.5.6 Manobras das válvulas................................................. 1241 24.5.7 Economizadores de água............................................ 1242 24.6 Capacidade de Tráfego das Eclusas......................................... 1242 24.6.1 Considerações gerais..................................................... 1242 24.6.2 Estimativa da capacidade de tráfego das eclusas ...... 1243 24.6.3 Fatores a considerar no tempo de transposição total.. 1244 24.6.4 Estimativa do esforço em um cabo de amarração ..... 1245 24.6.5 Pré-dimensionamento de frota em uma hidrovia ...... 1245

25

Paradigmas do Transporte Aquaviário............................................. 1247

25.1 Considerações Gerais................................................................ 1248 25.2 A Aquavia como Instrumento de Transporte.......................... 1249 25.3 O Vetor d’Água........................................................................... 1250 25.4 A Luta contra as Inundações.................................................... 1250 25.5 Atividades Relativas à Aquavia................................................ 1250 25.6 O Papel da Aquavia no Desenvolvimento Territorial Sustentável................................................................................. 1251

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Panorama Aquaviário

PANORAMA AQUAVIÁRIO

31

Introdução 1

2

Panorama Hidroviário Nacional

33

Panorama do Gerenciamento Costeiro Nacional

57

3

Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem 64

4

Marinas e Atracadouros Pesqueiros

83

Sistemas Oceânicos

88

5

Porto de Santos (SP), trapiches na Praia do Consulado em 1882. Com a conclusão da ferrovia São Paulo Railway, em 1867, o porto passou a crescer em importância no cenário nacional e internacional, inaugurando em 1892 seu primeiro trecho de cais. Em importância econômica é o primeiro porto do Hemisfério Sul e o quarto da América, destacando-se a expansão da movimentação de contêineres que o situará entre os 30 maiores do mundo, nesta década, permitindo a escala de navios Porta-Contêineres de 9.000 TEUs.

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“Se marcares ao largo um lampejo De um Farol a mostrar o caminho, Saberás ser o nosso desejo Que jamais tu navegues sozinho.” (Trecho da Canção do Hidrógrafo, do C. M. G. Antônio Sepulveda)

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Panorama Aquaviário

Porto de Santana e Macapá Portos de Belém e Vila do Conde Portos de Ponta da Madeira, Itaqui e Alumar Porto de Tutoia Porto de Luís Corrêa Portos de Camocim e Aracati Portos de Mucuripe e Pecém Portos de Tersab, Areia Branca, Macau e Guamaré Porto de Natal Porto de Cabedelo Portos de Suape, Recife e Itapessoca Porto de Maceió e Salgema Portos de Barra dos Coqueiros, Aracaju e Tecarmo Portos de Aratu, Temadre, Salvador, Usiba e Cotegipe Porto de Ilhéus Terminais de Belmonte e Caravelas Porto de Barra do Riacho – Portocel e Terminal de Regência Portos de Tubarão, Praia Mole e Vitória Porto de Ponta Ubu Portos de Açu, Forno e Imbetiba Portos do Rio de Janeiro, Niterói e Teguá Portos de Itaguaí e Tig Portos de Angra dos Reis e Tebig Portos de São Sebastião e Tebar Portos de Santos e Cosipa Portos de Paranaguá e Antonina Portos de São Francisco do Sul, Tefran e Itapoá Portos de Itajaí, Navegantes e Florianópolis Portos de Laguna e Imbituba Porto de Tedut Porto de Rio Grande e São José do Norte

Zona Econômica Exclusiva – ZEE entre 12 MN da linha de base (mar territorial) e 200 MN da linha de base FIgura 1 Mapeamento dos principais portos marítimos brasileiros.

1 PANORAMA HIDROVIÁRIO NACIONAL A globalização da economia, associada ao aumento da competitividade internacional, está se fazendo presente de maneira incontestável, pressionando e descartando os concorrentes que têm seus custos internos elevados para o transporte e movimentação de matérias-primas e produtos acabados. Neste contexto, o transporte aquaviário constitui-se como fator indutor do desenvolvimento planejado e abrangente, interligando regiões e proporcionando a movimentação, de maneira segura e econômica, de insumos, produtos e pessoas. A Autoridade Marítima, cuja atribuição é zelar pela segurança da navegação do tráfego aquaviário, é a Diretoria de Portos e Costas1 (DPC) da Marinha do Brasil, sendo responsável pelo exercício da sinalização náutica, cujo serviço é subordinado aos Distritos Navais, nos quais é regionalizado o país, ficando a cargo das Capitanias

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_ 1 Cabe à DPC normatizar o tráfego aquaviário, as obras de dragagem, os serviços de praticagem, as fiscalizações às embarcações visando a segurança, entre outras questões. As principais atribuições da DPC estão definidas na Lei n.º 9.537/1997, a qual também é conhecida como Lei de Segurança do Tráfego Aquaviário – LESTA.

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Hidrodinâmica e Estatística das Ondas Curtas Produzidas pelo Vento

HIDRODINÂMICA E ESTATÍSTICA DAS ONDAS CURTAS PRODUZIDAS PELO VENTO

1

99

Capítulo

Lançamento em 1968 de boia para observação de ondas nas proximidades da Ilha do Bom Abrigo, em Cananeia (SP). Esta foi a primeira observação quantitativa do clima de ondas na Costa do Estado de São Paulo.

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1.1 INTRODUÇÃO SOBRE ONDAS DE OSCILAÇÃO A superfície livre do mar ou de grandes corpos d’água, como lagos ou reservatórios, apresenta-se, normalmente, ondulada em razão das perturbações no plano d’água em repouso originadas de diversas causas. Os efeitos das ondas de superfície são de capital importância para o projeto de obras marítimas e lacustres, como portos, vias navegáveis, defesa dos litorais e de margens, obras offshore e na Engenharia Naval. Um conhecimento adequado dos processos físicos fundamentais envolvidos com as ondas de superfície é muito importante para o planejamento e projeto das obras marítimas e lacustres. As ondas de superfície da interface água-ar transferem energia da fonte que as gerou para alguma estrutura ou linha de costa (ou margem), que dissipa ou reflete uma significativa parcela dessa energia. Assim, as ondas constituem o principal agente modelador da costa, pelo transporte de sedimentos que promovem e produzem muitas das forças às quais as estruturas marítimas ou lacustres estão submetidas. As ondas de oscilação são movimentos periódicos cuja propagação não envolve grande deslocamento de massas líquidas de sua posição inicial por ocasião de sua passagem. As ondas de superfície geralmente derivam sua energia dos ventos que sopram sobre a superfície do mar e propagam-se, principalmente, no rumo em que sopram (convenciona-se indicar como rumo de propagação das ondas ou ventos o azimute da área de onde provêm). Na área de influência do vento sobre a superfície da água, zona de geração das ondas, estas se apresentam com formas irregulares, denominadas vagas, e constantemente mutáveis por causa das irregularidades da ação do vento e da sua variabilidade no rumo de propagação (tridimensionalidade). A descrição da superfície do mar é dificultada pela interação das vagas individuais, podendo-se associar um rumo de propagação a uma média dos rumos das vagas individuais. As vagas mais rápidas sobrepõem-se e passam sobre as mais lentas vindo de diferentes rumos. Algumas vezes, essa interação é construtiva, e outras vezes, destrutiva. Quando as ondas movem-se para fora da zona em que são diretamente afetadas pelo vento, assumem um aspecto mais ordenado, e são denominadas ondulações, com a configuração de cristas e cavados definidos e com uma subida e descida mais rítmicas. Essas ondulações são aproximadamente paralelas e propagam-se de modo sensivelmente uniforme e sem grandes deformações em direção à costa ou às margens, sendo, portanto, ondas bidimensionais. Chegam à costa com intensidade variável em função das características adquiridas quando de sua geração. Tais ondas podem viajar centenas ou milhares de quilômetros, após deixarem a área em que foram geradas, sendo sua energia dissipada internamente ao fluido, pela interação com o ar, no leito em águas rasas e na arrebentação. Na zona de geração das vagas, não é possível o estabelecimento de um equacionamento analítico do movimento, pois as rajadas da ação do vento são um fenômeno essencialmente aleatório, que deve ser tratado estatisticamente. Nesta zona, as vagas comportam-se como oscilações forçadas, em que a força perturbadora do vento é continuamente aplicada. Já as ondulações podem ser mais aproximadas ao

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Dinâmica das Ondas Longas de Maré em Embocaduras Marítimas

DINÂMICA DAS ONDAS LONGAS DE MARÉ EM EMBOCADURAS MARÍTIMAS

2

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Capítulo

Marégrafo instalado no Porto de Iguape em 1920, por ocasião dos levantamentos hidrográficos da Commissão de Estudos dos Portos de Cananeia e Iguape.

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2.1 DINÂMICA DA MARÉ ESTUARINA 2.1.1 Considerações gerais sobre a maré astronômica •

Características principais

As principais características da maré astronômica podem ser sintetizadas pela sua periódica e previsível, usualmente, regular oscilação do nível d’água, de variável magnitude em altura e com período usual mais comum de 12,42 h (semidiurna), correspondendo, portanto, a uma onda de longo período. A subida e a descida do nível do mar, respectivamente denominadas de enchente e vazante, estão associadas com correntes de maré com estofas de defasagem variável com a preamar e baixa-mar, dependendo das condições locais. A causa primária da maré é a complexa variação da atração gravitacional da Lua e do Sol sobre as massas líquidas, por causa da contínua mudança da posição relativa dos astros, balanceada pela centrífuga dos sistemas Terra-Lua e Terra-Sol. A terminologia geral associada à onda de maré – na Figura 2.1(A) está esquematizada uma composição de onda de maré para o Porto de Santos (SP) em cotas CDS – é apresentada a seguir: •

• • • • • •

 = f (x, t): a variação do nível d’água apresenta forma próxima de uma senoide ou composição harmônica de curvas senoidais do tipo  = 0 cos(kx – t); 0: amplitude da maré, sendo o desnível entre preamar e baixa-mar a altura da onda de maré; na prática corrente no Brasil, dá-se o nome de amplitude à altura da maré; c: celeridade ou velocidade de fase da onda de maré; T: período da onda de maré; : comprimento da onda de maré; k = 2/: número de onda;  = 2/T: frequência angular. Forças geradoras da maré

Na Figura 2.1(B) apresenta-se outra previsão de maré para o Porto de Santos em Cotas DHN Considerando inicialmente o sistema Terra-Lua, que apresenta uma revolução de 27,3 dias em torno do centro de massa comum, cada ponto na Terra apresenta a mesma velocidade angular (s = 2/27,3 dias–1) e a mesma dimensão de raio orbital. Nessas condições, a aceleração centrífuga (produto do raio orbital pela velocidade angular ao quadrado) e a correspondente força associada é igual em cada ponto da Terra. Esse movimento não deve ser confundido com o de rotação da Terra em torno de seu próprio eixo. A força centrífuga do sistema Terra-Lua equilibra exatamente as forças de atração gravitacional entre os dois corpos, de modo que o sistema como um todo mantém-se em equilíbrio. As forças centrífugas são de direção paralela à linha de união dos dois centros de massa (da Terra e da Lua) (ver Figura 2.2). Já a magnitude da força gravitacional exercida pela Lua sobre a Terra não é a mesma em todos os pontos da superfície da Terra porque nem todos os pontos estão à mesma distância da Lua. Assim, pontos na Terra mais próximos da Lua experimentarão

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Dinâmica das Ondas Longas de Maré em Embocaduras Marítimas

Nível do mar (referido ao zero hidrográfico CDS) (m)

Preamar

A

2,00

te

he n

Enc

S2

isto

1,50

prev

Ench ente

M2

a gram Mare

Preamar

01 N2 SM4 K1

1,00

0 2 4 horas

6

0

8 10 12 14 16 18 20 2 2

6

2,00

B

Baixa-mar

Local: Santos Latitude: 23º 56’ S Longitude: 46º 19’ W Data: 14/01/1993

1,50 C o t Preamares e baixa-mares a h min cotas (m) 1,00 s (m ) 0 41 0,35 (DHN) 5 11 0,81 0,50

0,00

7 23 10 0 13 4 17 19

0,75 0,87 0,57 0,98

nte

0,00

Componentes

Período

M2 — Semidiurna lunar K2 — Lunissolar semidiurna N2 — Lunar elíptica S2 — Semidiurna solar K1 — Lunissolar diurna 01 — Lunar diurna SM4 — Composta

(12h 25min) (11h 58 min) (12h 39 min) (12h) (23h 56 min) (25h 49 min) (6h 05 min)

12

0 2 4 horas

hen Enc

Vaza

nte Vaza visto a pre gram

Mare

0,50

te

K2

Baixa-mar

18

6

8 10 12 14 16 18 20 2 2

24 t(horas)

2,00

Local: Santos Latitude: 23º 56’ S Longitude: 46º 19’ W Data: 13/02/1993

1,50 C o t Preamares e baixa-mares a h min cotas (m) 1,00 s (m ) 0 8 0,35 (DHN) 3 56 0,81 0,50

0,00

7 41 10 41 13 41 17 56 22 0

0,75 0,87 0,51 0,59 0,75

Figura 2.1 (A) Maregrama previsto para o dia 20 de maio de 1947 no marégrafo de Torre Grande, Porto de Santos (SP). Está assinalada a composição harmônica das sete principais componentes harmônicas da maré. (B) Previsão da maré para o Porto de Santos (SP) nos dias 14/01 e 13/02 de 1993 com o programa desenvolvido por Franco (1988).

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Transporte de Sedimentos Litorâneo e Morfologia Costeira

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS LITORÂNEO E MORFOLOGIA COSTEIRA

3

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Capítulo

Sondagem batimétrica da Barra de Santos (SP) realizada em 1870 pelo Barão de Teffé.

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3.1 INTRODUÇÃO A dinâmica do movimento dos sedimentos costeiros começou a ser mais intensamente estudada na década de 1950. Do ponto de vista da Engenharia Costeira, a importância do tema é muito grande para a solução de problemas práticos relevantes, como o assoreamento de bacias portuárias e as erosões de praias em áreas de elevado valor social e/ou econômico. Não muito tempo atrás, a maioria das obras costeiras era feita por tentativas, em razão da insuficiência do conhecimento relativo à mecânica dos processos litorâneos. Os processos litorâneos ligados à morfologia costeira e do fundo do mar resultam da combinação de forças naturais (ligadas a ondas, correntes, ventos e tectônicas) e antrópicas (ligadas à ação humana, principalmente em obras de Engenharia Costeira) nas formações geológicas expostas. Muito frequentemente, a costa é formada por material arenoso, que responde de modo bem rápido a estas ações por meio do fenômeno de transporte de sedimentos. As costas rochosas respondem geralmente muito mais lentamente a tais influências e, por isso, interessam mais aos geólogos do que aos engenheiros civis. A contínua ação dos movimentos do mar sobre a costa, que determina o clima de ondas e a intensidade e direção das correntes, varia em muitas escalas de tempo, de segundos até milênios. Também o suprimento de sedimentos é irregular no tempo e no espaço. Portanto, a qualquer instante, a formação e a composição granulométrica da costa e do fundo do mar apresentam um padrão complexo que tende para um equilíbrio dinâmico, o qual se insere em um período mais amplo correspondente à era geológica. Assim, o equilíbrio das praias é, em geral, um equilíbrio dinâmico, ou seja, grandes quantidades de areia encontram-se normalmente em movimento, mas de tal forma que a quantidade de material que entra em uma área durante um intervalo de tempo dado é igual, em média, à quantidade que dela sai no mesmo intervalo de tempo. A posição da linha média da costa é relativamente estável por um período de meses ou anos, enquanto a posição instantânea sofre oscilações de curto período. As praias são erodidas, engordam ou permanecem estáveis dependendo do balanço entre o volume de sedimentos suprido e disponível e o volume de sedimentos retirado pelo transporte, resultante, principalmente, da ação de ondas e correntes nas direções longitudinal e transversal à praia. A área de interesse desses estudos está compreendida entre o ponto ao largo em que as ondas em águas pouco profundas começam a movimentar os sedimentos do fundo e o limite em terra dos processos marinhos ativos. Esse último é usualmente definido por um campo de dunas ou uma linha de rochedos. As obras de Engenharia Costeira, alterando o regime natural de transporte de sedimentos, rompem, em geral, o equilíbrio estabelecido em um litoral, embora em todos os projetos procure-se interferir minimamente na linha de costa estabelecida. Erosões ou assoreamentos excessivos podem afetar a integridade estrutural ou a utilidade funcional de uma obra costeira. Frequentemente, a falta de material ocorre em algum local, como erosões indesejáveis em praias e, em outros locais, a superabundância de material pode ser problemática, como o assoreamento de um canal navegável.

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Hidrossedimentologia, Dinâmica Halina e Morfologia em Embocaduras Marítimas

HIDROSSEDIMENTOLOGIA, DINÂMICA HALINA E MORFOLOGIA EM EMBOCADURAS MARÍTIMAS

4

267

Capítulo

Sondagem batimétrica do Porto de São Luís (MA), realizada em 1867 pelo Comandante Mouchez da Marinha Imperial Francesa.

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4.1 DESCRIÇÃO GERAL DAS EMBOCADURAS MARÍTIMAS 4.1.1 Definição generalizada de estuário e a importância do seu estudo 4.1.1.1 Definição clássica de estuário A definição clássica de estuário pode ser considerada a proposta por Cameron e Pritchard (1963, apud KJERFVE, 1985), os quais conceituaram estuário como um corpo d’água costeiro: • semifechado; • que possui livre conexão com o mar aberto; • com salinidade (‰ ou g/L) mensuravelmente diluída pela água doce oriunda da drenagem hidrográfica; • com dimensões menores do que mares fechados. Na prática, essa definição muito restritiva pode abranger funcionalmente: • • •

baías sujeitas a marés; trechos fluviais sujeitos a marés; trechos costeiros sujeitos a vazões fluviais.

4.1.1.2 Importância de estudar águas estuarinas As águas estuarinas constituem-se em áreas de suma importância socioeconômica e ambiental, e seu gerenciamento deve estar embasado nos princípios do desenvolvimento sustentável. Os estuários e seu entorno apresentam-se com uma, ou normalmente várias, das seguintes características: • • • • • • • •

terras úmidas (wetlands) ricas em nutrientes; abundância de recursos pesqueiros, por ser berçário da vida marinha; áreas de recreação e lazer; áreas portuárias e de navegação; grande densidade populacional; potenciais jazidas de hidrocarbonetos; áreas de segurança naval; áreas de diluição de efluentes domésticos e/ou industriais.

Desta sucinta caracterização, evidenciam-se os múltiplos usos dos recursos hídricos e sua situação conflitiva nas áreas estuarinas. 4.1.1.3 Características das zonas referentes à definição funcional de estuário No âmbito da definição funcional de estuário apresentada na seção 4.1.1, pode-se propor uma subdivisão de zonas do estuário (ver Figura 4.1), como a seguir relacionado:

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Hidrossedimentologia, Dinâmica Halina e Morfologia em Embocaduras Marítimas

s = 0,12‰

Zona fluvial

Figura 4.1 Planimetria da definição funcional de estuário.

Zona flúvio-marítima – até centenas km: f (forma do estuário, maré e vazão de água doce)

s = 1‰

Correntes de maré alternativas

Zona de mistura estuarina (s = 1‰ a 35‰) Zona de turbidez máxima (s = 4‰ a 8‰) – floculação de argilas e siltes do ts (transporte de sedimentos) fluvial: f (maré e vazão de água doce)

269

Delta de maré enchente

Zona ao largo (offshore) Turbidez mínima

Embocadura Pluma

çã

o

co te Fr

en

ha

Lin

s

da

ste

de

ira

ar

de es nt rre Co

Camada limite costeira Proximidade da costa turbidez ≥ 100 ppm 1-20 km: f (maré, vazão de água doce, ventos)

a nt

re

ar

be

re

be

nt

ão

Delta de maré vazante

tes

n Fre

n eo

d

Ventos Correntes de maré rotatórias (rosa elíptica-circular p/ largo)

Zona fluvial: é caracterizada por escoamento unidirecional, sem influência de maré, com salinidades desprezáveis (abaixo de 0,1‰).

Zona flúvio-marítima: é caracterizada por estar sob influência da maré, apresentando escoamento de rumo reversível nos trechos mais rumo ao mar, com salinidades inferiores a 1‰ e extensões dependentes da forma do estuário e da magnitude da maré, podendo atingir de dezenas a centenas de km.

Zona de mistura estuarina: constitui-se no estuário propriamente dito, apresentando influência da maré e escoamento reversível, com as seguintes características: •

extensão: trata-se de uma fronteira dinâmica rumo à terra, com salinidade de 1‰, estendendo-se até a embocadura ou foz fluvial;

delta de maré vazante: trata-se de um alto fundo de barras arenosas, formadas pelo mecanismo de captura do transporte litorâneo pelo efeito de “molhe hidráulico” e difusão de correntes exercido pela descarga da embocadura;

delta de maré enchente: é um alto fundo arenoso produzido pela captura do transporte litorâneo pelas correntes de enchente;

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Transporte de Sedimentos Fluvial

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS FLUVIAL

5

343

Capítulo

Turbidissonda utilizada nos levantamentos hidrográficos de 1966 nos rios da Baixada Santista. Esses levantamentos hidrossedimento­lógicos foram pioneiros na identificação das causas da sedimentação na área estuarina do Porto de Santos (SP), visando a redução dos volumes de dragagens, bem como na modelagem desta dinâmica.

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Engenharia Portuária

5.1 INTRODUÇÃO 5.1.1 Considerações gerais Enquanto os fenômenos hidráulicos dos escoamentos com fronteiras fixas são suscetíveis de uma representação analítica bem definida, de acordo com as leis da hidrodinâmica, o mesmo não ocorre nos escoamentos com fronteiras móveis, pois nestes casos existe influência recíproca entre o escoamento e sua fronteira. Sendo autores de sua própria geometria, os escoamentos bifásicos (sólido-líquido) com fronteiras móveis constituem um fenômeno que obedece a um mecanismo muito complexo, cuja formulação analítica ainda não é suficientemente abrangente, tendo-se que recorrer, em muitos casos, a métodos empíricos para o seu estudo. Considerando um escoamento à superfície livre constituído por fronteiras móveis compostas por material incoerente, à medida que o escoamento adquire energia suficiente para iniciar o transporte sólido (condição crítica), o material de fundo começa a se mover e é transportado no sentido do escoamento. O movimento do material corresponde a uma quantidade de material sólido transportado na unidade de tempo – vazão sólida – e será tanto maior quanto maior for a energia do escoamento, que é proporcional à velocidade do escoamento. Para estágios de transporte sólido estabelecido, surgem ondulações na superfície do fundo que se distribuem irregularmente, acarretando alterações da rugosidade e, consequentemente, na resistência ao escoamento, o que, por seu turno, vai afetar a vazão líquida. Para valores suficientemente elevados da velocidade de escoamento, as partículas mais finas do fundo podem entrar em suspensão no meio do líquido, afetando as pulsações turbulentas do escoamento, o que também influi na vazão líquida. Assim, percebese uma intensiva ação recíproca entre as duas fases, condicionada basicamente por parâmetros relativos ao escoamento, aos sólidos e ao fluido. Neste curso, é dada ênfase ao estudo do transporte sólido à superfície livre por correntes unidirecionais uniformes com sedimentos soltos, ou seja, sem coesão (incoerentes), considerando basicamente situações bidimensionais.

5.1.2 Condicionantes do transporte de sedimentos De modo geral, o transporte sólido depende de condicionantes hidráulicas (correntes e ondas), hidrometeorológicas, sedimentológicas, geomorfológicas (geologia e topobatimetria), de recobrimento vegetal das bacias hidrográficas e da influência antrópica. As condicionantes hidráulicas, hidrometeorológicas e a influência antrópica são agentes ativos, enquanto as demais são passivas. Trata-se de escoamentos essencialmente não permanentes, tridimensionais e de fronteira variável no espaço e no tempo. A ação da água é o agente ativo, além da ação antrópica, que causa, ou afeta diretamente, a erosão. Assim, as águas de chuva (ver Figura 5.1) podem ter efeitos variados, dependendo de sua intensidade, quantidade, duração e frequência. De fato, uma chuvada pode produzir acentuado efeito erosivo no solo, e se a mesma quantidade precipitada se distribuir em um tempo maior, ocorrerão menores estragos, pois as gotas terão menor peso e não terão tanto impacto. Além disso, haverá o encharcamento progressivo do solo com infiltração, sem a formação das enxurradas que tendem a lavar o solo. O escoamento das águas pluviais se subdivide na infiltração pelo terreno e no escoamento superficial, e se caracteriza pela

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Transporte de Sedimentos Fluvial

345 Figura 5.1 Escoamento da água na superfície do solo. Efeito erosivo nas barrancas do Rio Mogi em Cubatão (SP) na década de 1980 (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH).

sazonalidade hidrológica (grandes vazões sólidas nos períodos de chuvas) e pelo abatimento do pico de vazão de cheia, quanto maior for a parcela de água infiltrada. As características sedimentológicas do solo dizem respeito à forma de sua curva granulométrica (estrutura) e dos grãos (textura), sendo os sedimentos mais facilmente erodidos as areias finas de curva granulométrica uniforme (bem selecionadas/mal graduadas) e grãos arredondados, que também facilitam a infiltração, enquanto as argilas resistem por coesão à erosão e impedem a infiltração. As características topobatimétricas de aumento da declividade e do comprimento da rampa produzem aumento da erosão pelo escoamento superficial veloz e pouca infiltração, dependendo da rugosidade da superfície, estando correlacionadas à ação da gravidade no deslocamento de cada partícula em função do seu peso. As características geológicas estão ligadas à consistência dos materiais, ao comportamento na infiltração e no escoamento superficial, à espessura e ao ângulo de mergulho da camada e às fraturas existentes. A cobertura vegetal protege o solo contra a erosão pluvial (ver Tabela 5.1), aumentando a evapotranspiração e a infiltração e, consequentemente, reduzindo o escoamento superficial, além do efeito de interceptação. Essa tabela evidencia como a maior biodiversidade das espécies (mata virgem) fornece maior proteção ao solo, com vegetais de diferenciadas dimensões (sub-mata), em vez de mata muito homogênea e pobre na diversidade. De fato, raízes superficiais são importantes para estruturar o solo e evitar erosão.

5.1.3 A erosão por ação hidráulica A erosão hídrica superficial se subdivide em: •

Erosão pluvial produzida pelo impacto das gotas de chuva caindo em superfícies desprotegidas, desintegrando parcialmente os componentes naturais do solo, liberando partículas finas que são projetadas a uma certa distância.

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Início do Movimento e Rugosidade no Leito Fluvial

INÍCIO DO MOVIMENTO E RUGOSIDADE NO LEITO FLUVIAL

6

365

Capítulo

Amostragem de sedimento de fundo com pegador manual em 1965 em campanha hidrográfica em São Sebastião (SP). Esses levantamentos serviram de base para o projeto do Terminal Almirante Barroso da Transpetro, o maior do Brasil no gênero e que iniciou suas operações na década de 1970.

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Engenharia Portuária

6.1 HIDRÁULICA DOS ESCOAMENTOS COM FUNDO MÓVEL 6.1.1 Lei de distribuição de velocidades A forma do perfil de velocidades (v) em profundidade (y crescente a partir do leito) em escoamento turbulento rugoso obedece a uma tendência, que pode ser aproximada pela lei logarítmica de velocidades:

⎛ y ⎞ v 2,3 = log ⎜ ⎟ + 8,5 k u* ⎝ ks ⎠ onde: v: velocidade local do escoamento à distância y do fundo;

u* =

γ hJ : velocidade de atrito do escoamento (: peso específico da água, ρ

massa específica da água, h: lâmina d’água, J: declividade da linha de energia); k: constante de Von Karman (= 0,4 em água límpida/= 0,2 em água muito turva); ks: rugosidade equivalente do leito. Esta lei tem sido verificada por diversos autores em observações de campo, e os maiores desvios em relação às medições ocorrem mais próximos da superfície livre, em razão do atrito do escoamento com o ar.

6.1.2 Perdas de carga nos escoamentos com fundo móvel Sabe-se que, quando se sobrepõem dois ou mais sistemas de rugosidades em um escoamento, as contribuições de cada um dos sistemas podem ser calculadas separadamente e adicionadas para se determinar o valor total da perda de carga. Para os escoamentos com fundo móvel, a resistência oposta pelas margens, em geral, varia pouco com o regime de escoamento, dependendo do material que as constitui ou da natureza da sua cobertura vegetal. Se o canal for largo, como acontece usualmente nos cursos d’água naturais com fundo móvel, interessa fundamentalmente a resistência do fundo. Essa última pode ser decomposta na resistência em razão da rugosidade dos grãos ou rugosidade superficial, e na devida às conformações de fundo que o leito forma quando há transporte sólido, que é conhecida como rugosidade de forma. Assim: ks = ks + ks onde ks a rugosidade equivalente total ( = superficial/ = de forma) Meyer-Peter e Müller propuseram a decomposição da inclinação da linha de energia: J = J + J Os termos ligados à rugosidade superficial participam diretamente no transporte do material móvel e costumam, por isso, ser designados de efetivos. Os termos

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Quantificação do Transporte de Sedimentos Fluvial

QUANTIFICAÇÃO DO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS FLUVIAL

7

377

Capítulo

Draga para amostragem de material de fundo, utilizada em 1958 em levantamentos hidrográficos no Porto do Rio de Janeiro.

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Engenharia Portuária

7.1 CAPACIDADE DE TRANSPORTE POR ARRASTAMENTO DE FUNDO Têm sido propostas várias fórmulas para o cálculo da capacidade de transporte sólido por arrastamento, no entanto, dada a complexidade das relações em jogo, não se conseguiu elaborar uma expressão analítica de aplicação absolutamente geral. Na realidade, muitas das formulações não diferem essencialmente na sua estrutura, podendo-se atribuir a diversidade eventual de resultados ao fato de as várias expressões somente serem válidas dentro das condições experimentais que serviram de base para o seu estabelelecimento. De um modo geral, os métodos utilizados para derivar as várias formulações existentes podem ser assim subdivididos: • • • •

Tipo Du Boys: Qsf = f(0 – 0c), em que Qsf corresponde à vazão sólida de fundo. Tipo Schoklitsch: Qsf = f(Q). Tipo Einstein: Qsf = f (análise dimensional e/ou estatística). Combinação de processos.

Quando se procura determinar a função entre qsf = f(q), ou seja, entre vazões sólidas e líquidas específicas (por unidade de largura do escoamento), a partir de várias fórmulas, depara-se geralmente com uma dispersão, mas os resultados de observações realizadas em vários cursos d’água naturais permitem concluir que a lei de variação é, muitas vezes, aproximadamente da seguinte forma: qsf = aqb sendo a e b constantes com valores dependentes das condições particulares de cada caso. A constante b, contudo, não varia muito, estando em geral compreendida entre 3 e 4. A representação dos valores observados de vazões sólidas e líquidas em um gráfico de curva-chave sólida de coordenadas logarítmicas permite determinar os valores de a e b. A seguir, apresenta-se a fórmula proposta por Meyer-Peter e Müller, que foi baseada num amplo campo de experimentação: ⎛ K⎞ γ h⎜ ⎟ ⎝ K ′⎠ D50

3/2

J − 0,047γ s′ =

( )

0,25 3 ρ qsf′

2 3

D50

onde: qsf : vazão sólida em peso submerso por unidade de largura; K = 1/n: coeficiente de Strickler (n: coeficiente de Manning); –1/6 K = 26 D90 (S.I.). A quantidade (K/K)3/2J corresponde à parcela da declividade da linha de energia (J) responsável pela movimentação do material sólido, e o remanescente da energia corresponde à resistência encontrada na formação das conformações de fundo. Esta fórmula pode ser aplicada a escoamentos uniformes, com material de fundo não uniforme e com conformações de fundo, porém sem concentrações de sedimentos em suspensão muito elevadas.

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Quantificação do Transporte de Sedimentos Fluvial

7.2 TRANSPORTE SÓLIDO EM SUSPENSÃO 7.2.1 Distribuição da concentração de sedimentos transportados em suspensão O transporte de sedimentos em suspensão é resultado da turbulência do escoamento, particularmente da componente vertical das flutuações de velocidade. A concentração de sedimentos aumenta com a proximidade do leito. O fluxo ascendente das partículas é equilibrado em média pelo efeito gravitacional, uma vez que a resultante média das flutuações turbulentas é nula, resultando nulo o fluxo médio nesta direção. A lei de distribuição da concentração em profundidade pode ser dada pela expressão proposta por Rouse:

c ⎛ h − y y0 ⎞ = c0 ⎜⎝ y h − y0 ⎟⎠

z

onde: c: concentração do material em suspensão à distância y do leito; c0: concentração de referência à distância yo = 0,05 h do leito;

z=

w : expoente da lei de Rouse; ku*

w: velocidade de queda, sedimentação ou decantação das partículas de sedimento (ver Figura 7.1). A equação tem validade restrita nas proximidades do leito e na superfície livre, pois as concentrações resultariam, respectivamente, infinita e nula. Vanoni determinou as curvas de variação da concentração adimensional de sedimentos em suspensão em função da profundidade relativa para diferentes valores de z (ver Figura 7.2). Nas Figuras 7.2 e 7.3, vê-se que os sedimentos mais finos tendem a uma dis2

10

3

4

5 6 7 891

2

3

4

5 6 7 8 91

2

3

4

5 6 7 891

Fator de * forma 0,5

8 6 5

2

3

4

5 6 7 8 91

Fator de forma 0,7

2

3

4

5

Fator de forma 0,9

10

4 3

Diâmetro nominal (mm)

2

1

1,0 0,8 0,6 0,5

Figura 7.1 Velocidade de queda de sedimentos de sílica, com diferentes formas, em água destilada em repouso. (*)Considerando um sedimento de forma elipsoidal com semieixos a, b e c na ordem decrescente, o fator c de forma é igual a . ab

0,4 0,3 0,2

------24 °C 0,1

0,1

0,2

F.F. 0,5

30 °C 40 °C

20 °C

0 °C 10 1 0,1

10 °C

30 °C 40 °C

20 °C

0 °C 1 0,1

10 °C

30 °C 40 °C

20 °C

,04

0 °C

,06 ,05

10 °C

,08

F.F. 0,7

100 10 1

F.F. 0,9

| 100 10

| | 50

Velocidade de queda (cm/s)

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Morfologia Fluvial e Teoria do Regime

MORFOLOGIA FLUVIAL E TEORIA DO REGIME

8

401

Capítulo

Lápides no muro de habitação em Firenze (Itália) demarcando os níveis atingidos pelo Rio Arno nas cheias de 04 de dezembro de 1333 e 04 de novembro de 1966.

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Engenharia Portuária

8.1 INTRODUÇÃO A Morfologia Fluvial é o ramo da Hidráulica Fluvial que estuda a formação, evolução e estabilização dos cursos d’água naturais produzidas pelo escoamento líquido, sendo um ramo da Geomorfologia, parte da Geologia que estuda a evolução da superfície terrestre ao longo das eras geológicas. À medida que o desenvolvimento da ocupação das bacias hidrográficas avança, induzindo crescentes alterações no transporte de sedimentos e, por consequência, no comportamento dos rios, o conhecimento da Morfologia Fluvial torna-se essencial para as obras de Engenharia Fluvial ligadas à navegação interior, por sistematizar conceitos fluviais fundamentais. Fundamentalmente, a bacia hidrográfica pode ser subdividida morfologicamente (ver Figura 8.1(A), (B), (C), (D) e (E)) em: •

Alta bacia ou curso superior

No trecho inicial ou de cabeceiras, o rio tem alta declividade do perfil longitudinal e o escoamento fluvial é de alta velocidade, transportando cargas sedimentares mal selecionadas (bem graduadas, de argilas a grandes blocos) em um leito, normalmente, acidentado e em aprofundamento. A tendência erosiva conduz à redução das declividades a partir do nível de base a jusante, produzindo leito retilíneo e vale encaixado, mesmo porque a menor área da bacia hidrográfica contribuinte corresponde a um menor aporte sedimentar.

Média bacia ou curso médio

Neste trecho de média declividade do perfil longitudinal, a velocidade é relativamente menor do que no curso superior e o rio tende a um perfil de equilíbrio com moderada sinuosidade. O rio tende a continuar aprofundando-se no vale, desenvolvendo trabalho de modelação das margens não consolidadas, as quais deslizam pela ação da corrente e desgastam-se pela abrasão com os materiais carreados. Sendo maior a contribuição da bacia hidrográfica, as vazões são maiores e, nos lugares em que o leito se alarga, decresce a velocidade das correntes e formam-se bancos ou ilhas, por causa da perda de competência na capacidade de transporte das correntes e/ou pela presença de níveis de base.

Baixa bacia ou curso inferior

Neste trecho de baixa declividade longitudinal, o decréscimo de velocidade é acentuado, com leito aluvionar e reduzida ação erosiva, limitada pela proximidade altimétrica do nível de base final. A tendência à sedimentação é ulteriormente reforçada pelo grande aporte de contribuição de toda a área da bacia hidrográfica a montante. A Morfologia Fluvial conceitua o nível de base final, segundo o qual o nível do mar corresponde àquele rumo em que os rios tendem a erodir os seus leitos, planificando-se. Existem, ainda, os níveis de base temporários, como lagos naturais e/ou artificiais (reservatórios de barragens), ou soleiras de material do álveo muito resistente (quedas ou corredeiras), que podem desempenhar por muito tempo a função de níveis de base. Outro conceito fundamental diz respeito à evolução fluvial, com a classificação de jovem, madura e senil. Rios jovens possuem grandes declividades e acentuada

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Morfologia Fluvial e Teoria do Regime

A

B

E

Perfil longitudinal do processo hidrossedimentológico

Tendência erosiva

Perfil de equilíbrio

Tendência de sedimentação

C

Cone de dejeção

D Representação em planta do processo hidrossedimentológico

Erosão nas encostas

Migração dos meandros

Sedimentação no cone de dejeção

Figura 8.1 Esquema representativo do processo hidrossedimentológico da bacia hidrográfica. (A) e (B) Fotos de 1971 do aspecto da granulometria grosseira na Bacia Hidrográfica do Rio Santo Antônio em Caraguatatuba (SP). (C) Foto da Bacia Hidrográfica do Rio Santo Antônio, em Caraguatatuba (SP). (D) Foto de 1979 do Rio Piracuama, da Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul no Estado de São Paulo. (E) Foto de 1971 da planície costeira de Caraguatatuba (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH).

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Características Planialtimétricas Fluviais em Planície Aluvionar

CARACTERÍSTICAS PLANIALTIMÉTRICAS FLUVIAIS EM PLANÍCIE ALUVIONAR

9

417

Capítulo

Configuração do Rio Santo Antônio em Caraguatatuba (SP), após a Catástrofe de 18 de março de 1967, um dos maiores debris flows historicamente cadastrados no Brasil e que causou mais de 430 vítimas fatais e milhares de feridos e desabrigados.

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Engenharia Portuária

9.1 LEIS DE FARGUE Os estudos realizados no fim do século XIX e início do século XX por Fargue no trecho de planície aluvionar do Rio Garonne (França), com largura média de 100 a 150 m, vazão média de 275 m3/s e máxima de 4.450 m3/s, para meandros suaves com amplitudes entre 150 e 200 m e comprimentos de onda de 922 a 1.670 m, permitiram o enunciado de uma série de leis empíricas, que foram verificadas como válidas para meandros regulares e norteiam a implantação de obras de melhoramento fluviais. Segundo Fargue, um curso d’água é composto somente por curvas (ver Figuras 9.1 a 9.8), as quais se estendem de um ponto de inflexão (curvatura nula) – que divide dois trechos com curvaturas opostas, ou surflexão, que separa dois trechos de curvaturas diversas no mesmo sentido – a outro ponto. A cada ponto de inflexão ou surflexão corresponde uma soleira (ponto de mínima profundidade), e a cada vértice, ponto de máxima curvatura, corresponde uma fossa ou sorvedouro (ponto de máxima profundidade relativa). As leis de Fargue são as seguintes: Figura 9.1 Desenvolvimento em planta do leito fluvial.

Talveg

ue

Sobrelevação

Figura 9.2 Circulação transversal das correntes em uma seção transversal típica de uma curva fluvial.

Figura 9.3 Esquematização em planta da migração dos meandros fluviais.

Atual Tendência migratória

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Tipos de Portos

TIPOS DE PORTOS

10

427

Capítulo

Vista em perspectiva, o voo de pássaro, do Porto de Cesenatico (Itália) e construções adjacentes no Mar Adriatico, feito por Leonardo da Vinci em 1502.

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Engenharia Portuária

10.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE PORTOS 10.1.1 Definição O conceito atual de porto, elo de importância na cadeia logística como terminal multimodal, está ligado a: • Abrigo Condição primordial de proteção da embarcação-tipo de ventos, ondas e correntes, em que se possa ter condições de acesso à costa (acostagem), visando a movimentação de cargas ou passageiros, por meio de obra de acostagem que proveja pontos de amarração para os cabos da embarcação, garantindo reduzidos movimentos e com mínimos esforços de atracação durante a operação portuária. Ocorrências de incidentes e acidentes produzem custos diretos de recuperação da obra/navio, indiretos por lucros cessantes e intangíveis por perdas de vidas e/ou o porto vir a ser considerado inseguro. •

Profundidade e acessibilidade

A lâmina d’água deve ser compatível com as dimensões da embarcação-tipo (comprimento, boca e calado) no canal de acesso, bacias portuárias (de espera ou evolução) e nos berços de acostagem. •

Área de retroporto

São necessárias áreas terrestres próprias para movimentação de cargas (armazenagem/estocagem/administração portuária) e passageiros. •

Acessos terrestres, aquaviários e aeroviários

São necessários acessos terrestres (rodoviários e/ou ferroviários e/ou dutoviários), aquaviários (hidroviários) e aeroviários para prover eficientemente a chegada ou retirada de cargas e passageiros no porto, considerando a localização dos polos da infra-estrutura de produção e urbana. Nesta logística, deve-se dispor de apropriada infovia para o controle das operações. •

Impacto ambiental

A implantação de um porto traz implicações ao meio físico e biológico adjacente, devendo ser cuidadosamente avaliadas suas implicações socioeconômicas. Atualmente, somente um estudo de impacto ambiental multidisciplinar aprovado pelas agências de controle do meio ambiente governamentais permite a obtenção de licença (prévia, de construção e operação) para novos empreendimentos.

10.1.2 Natureza dos portos Os portos podem ser classificados, em termos de suas características primordiais de abrigo e acessibilidade, em: • Naturais São aqueles em que as obras de melhoramento ligadas a abrigo e acessos às obras de acostagem são inexistentes ou de reduzida monta, pois as condições naturais já as proveem para a embarcação-tipo. Frequentemente, são portos estuarinos com canais de barras de boa estabilidade.

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Dimensões Náuticas Portuárias

DIMENSÕES NÁUTICAS PORTUÁRIAS

11

467

Capítulo

Antigo telégrafo de máquina de navio.

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468

Engenharia Portuária

11.1 CANAIS DE ACESSO 11.1.1 Aspectos relacionados à profundidade de canais de acesso portuários O valor da profundidade requerida pela embarcação-tipo no canal de acesso portuá­ rio pode ser considerado, conforme método determinístico, como uma somatória que inclui aspectos relacionados à maré local, bem como efeitos de onda, squat (afundamento dinâmico paralelo acrescido ao trim, que é o afundamento da proa e da popa), calado estático da embarcação-tipo – que aqui será considerado aquele extremo, ou seja, o valor de calado em condições de pleno carregamento –, além da variação da densidade, alterações do leito e sobredragagens. A representação esquemática desses componentes está sintetizada na Figura 11.1, incluindo os fatores relacionados ao nível d’água, ao navio e ao fundo. Em relação a esses aspectos, algumas considerações se fazem necessárias: • Maré

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A influência desse fator é notória, uma vez que determina a situação crítica sob a qual se dará a obtenção da profundidade requerida pela embarcação. No fundo trata-se de uma definição técnico-econômica, podendo-se considerar valores mínimo minimorum, incluindo efeitos meteorológicos, como convém a portos que não contemplam restrições de nível de maré até portos que admitam a operação em condições de janela de maré favoráveis, como em cotas acima de meia-maré até as preamares de quadratura. Ondas longas que possam produzir ressonância, bem como regimes fluviais também devem ser considerados, quando possam ocorrer.

Variação de densidade

Leva em conta eventuais variações da densidade da água, uma vez que o afundamento aumenta com água de menor densidade. De água salgada para água doce o calado aumenta 2,619%, enquanto em água salobra o aumento é de 1,310%. Em situações especiais de lama fluida junto à quilha, o afundamento se reduz ligeiramente.

Normalmente considera-se a embarcação carregada com quilha paralela à linha d’água (even keel), sem trim estático, entretanto a trimagem pode ser demorada e, em alguns casos, contra a segurança. Assim, não é raro um trim estático mais de popa, pois o de proa prejudica a manobrabilidade.

Tolerâncias para incerteza do leito contemplam a precisão da geotécnica de sondagem batimétrica (monofeixe, side-scan ou multifeixe, por exemplo), bem como à sedimentação entre sondagens. A incerteza na sondagem é fundamentalmente em razão das ondas ocorrentes durante o levantamento. Estima-se que seja de 1% da profundidade, acrescida de 0,25 m em áreas externas, enquanto em áreas internas o acréscimo seja de 0,10 m.

Sobredragagem corresponde a uma maior dragagem com relação ao gabarito previsto, prevendo a sedimentação entre dragagens. Depende das condições locais de aporte sedimentar, sendo usual de 0,6 a 0,9 m.

Tolerância contratual de dragagem, conforme a precisão esperada no corte, em consequência da dragagem não ter precisão de um corte uniforme.

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Dimensões Náuticas Portuárias

Nível de maré selecionado Fatores relacionados ao nível da água

Mudança de maré durante trânsito e manobra

Cota de referência do nível de água

Tolerância para condições meteorológicas desfavoráveis

Tolerância para incertezas do nível de água

Fatores relacionados ao navio

Tolerância para incertezas no calado estático

Calado estático (condições desfavoráveis de carregamento) Variação da densidade da água do mar e densidade do sedimento (navegação em lama fluida) Squat

Folga sob a quilha (Pé de piloto)

Efeito de onda Folga líquida sob a quilha Tolerância para incertezas do leito (sedimentação e sondagem) Fatores relacionados ao fundo

Tolerância em razão das alterações do leito entre dragagens (sobredragagem)

Cota de dragagem do canal

Tolerância na execução da dragagem (contratual)

Squat

Quando um navio aumenta sua velocidade com relação à água, mergulha apreciavelmente com relação à situação parada, navegando o navio em uma depressão. Se for superada uma velocidade crítica, ocorre um desnivelamento longitudinal do navio (trim). Estes efeitos aumentam em águas rasas e como ordem de grandeza usual variam de 0,3 a 0,9 m nestas condições. O fluxo d’água pela quilha é acelerado e potencializado pelo squat em águas rasas, aumentando a resistência viscosa friccional.

Apesar de existirem inúmeras formulações teóricas e empíricas sobre a determinação do afundamento dinâmico squat (afundamento paralelo + trim), apresenta-se aquela recomendada pela PIANC (todas as grandezas representadas em unidades do Sistema Internacional). Squat (m) = 2,4 ×

∇ Lpp2

×

Figura 11.1 Discretização das parcelas constituintes do cálculo da profundidade requerida de navegação para canal de acesso.

Fr 2 (1 − Fr 2 )

sendo: = = CB 3 Lpp 3 B 3 T: volume de deslocamento Lpp: comprimento da embarcação entre perpendiculares B: boca

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Tipos de Obras de Abrigo Portuárias

TIPOS DE OBRAS DE ABRIGO PORTUÁRIAS

12

513

Capítulo

Guindaste Titan com capacidade de descarga de 20 t operando na construção dos Molhes de Rio Grande (RS) entre 1911 e 1915, Esta foi considerada no início do Século XX uma das maiores obras do gênero no mundo.

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514

Engenharia Portuária

12.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE AS OBRAS DE ABRIGO 12.1.1 Função A função das obras de abrigo é a criação de área protegida contra as ondas de gravidade geradas pelo vento (quebra-mares, molhes ou molhes guias-correntes) ou correntes (espigões). Os quebra-mares são estruturas isoladas, destacadas da costa. A seção-tipo da obra de abrigo (Figura 12.1(A)) pode ser genericamente descrita por ser composta de: •

Embasamento, que condiciona a maneira como a estrutura transmite as cargas à fundação, tendo em vista a capacidade de suporte do terreno ou para regularizar um substrato rochoso, bem como por questões econômicas.

Corpo central que condiciona a transmissão do fluxo de energia da agitação incidente, repassando ao embasamento a resultante da solicitação. É a componente principal de estabilização à ação da agitação, induzindo à sua arrebentação, reflexão os outros processos de dissipação de energia.

Superestrutura com para-ondas ou defletor de ondas, que condiciona o galgamento sobre a crista da estrutura, permitindo instalações e acessibilidade a veículos, bem como, eventualmente, proporcionando a implantação de berços de atracação no tardoz do maciço. É realizada após a acomodação da fundação, embasamento e estrutura.

A energia do espectro em frequência e direcional da agitação incidente é, então, alterada pela obra de abrigo (Figura 12.1(B)), de acordo com sua concepção, planimetria e tipologia da agitação, nos seguintes modos: •

• •

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Dissipação pela arrebentação e atrito superficial, de fundo e interno. Quando presente, a arrebentação progressiva e mergulhante podem dissipar mais de 90% da energia incidente, enquanto a colapsante e demais, geralmente, não dissipam mais do que 60%, sendo o restante dissipado por atrito no talude e transformado nos outros modos a seguir descritos. Reflexão rumo ao largo pela modificação brusca da geometria do meio de propagação do trem de ondas, como em uma berma, ou na mudança das características hidráulicas de permeabilidade Transmissão para sotamar por galgamento em sua crista e por permeabilidade do corpo central, embasamento e fundação, quando algum destes é permeável. Na prática, para quebra-mares de enrocamento com comprimento de transmissão da ordem de grandeza do comprimento de onda a permeabilidade pode ser considerada nula, não havendo a sotamar do maciço agitação pelo modo de transmissão pelo maciço, comportando-se este como largura infinita. Difração nas extremidades.

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Tipos de Obras de Abrigo Portuárias

12.1.2 Finalidades As finalidades de implantação de obras de abrigo podem ser: •

Criação de uma bacia portuária. Os quebra-mares (isolados da costa) e molhes (enraizados na costa) abrigam a bacia portuária da agitação ondulatória, enquanto os espigões são obras corta-correntes.

Proteção do canal de acesso de portos situados em embocaduras costeiras, quando se denominam de molhes guias-correntes, por se desenvolverem a partir da costa até atingirem profundidades compatíveis com as exigências de navegação. Nesses casos, proveem:

manutenção dos fundos por preservarem correntes de maré com competência para assegurar as profundidades, garantindo mínimas necessidades de dragagens;

estabilidade da embocadura por interceptarem o transporte de sedimentos litorâneo da zona de arrebentação;

abrigo do canal de acesso.

Defesa do litoral contra a erosão provocada pelas ondas (quebra-mares isolados e espigões de praia).

12.2 TIPOS CONVENCIONAIS DE OBRAS DE ABRIGO Os tipos convencionais de obras de abrigo são os mais usados nas obras de maior porte. É feita menção à obra de quebra-mares, ou molhes, por ser a mais complexa, entretanto, os espigões também seguem estruturas semelhantes. Considerando os modos de controle e transformação da energia da agitação incidente pode-se projetar o maciço da obra de abrigo com diferentes composições, resultando a dominância de alguns modos. •

Quebra-mar de talude (Figura 12.1) Figura 12.1 (A) Elevação de seção transversal de quebra-mar de talude.

Crista

A Mar

Superestrutura Zona abrigada

Espraiamento Arrebentação PA

Refluxo Nível de preamar de sizígia

 Berma

a

m

Ar

P I1 PN Núcleo

~5 m

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Camadas intermediárias de filtros

a

r du

P I2

Berma ~5 m

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Dimensionamento de Obras de Abrigo Portuárias

DIMENSIONAMENTO DE OBRAS DE ABRIGO PORTUÁRIAS

13

563

Capítulo

Esquema planimétrico cotado do Porto Canal de Cesenatico (Itália) no Mar Adriatico, feito por Leonardo da Vinci em 1502.

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564

Engenharia Portuária

13.1 ANTEPROJETO DE QUEBRA-MAR DE TALUDE 13.1.1 Características gerais da seção transversal Constituem-se em maciços com camadas graduadas de blocos (ver Figuras 13.1 e 13.2) com as seguintes características básicas: Armadura (carapaça ou manto) •

Suporta a ação direta das ondas.

Constituída por blocos de enrocamento ou concreto.

Crista de altura suficiente para minimizar galgamentos.

Superestruturas de concreto (conchas defletoras, por exemplo) reduzem galgamentos, diminuindo a altura e o volume da crista e permitindo a passagem de veículos e tubulações sobre a crista.

• PA > PI > PN (uma ou mais camadas de filtros). •

Critérios de filtro entre camadas visando evitar: perda de finos do núcleo (principalmente no down-rush da onda), acarretando acomodações excessivas das

Peso do enrocamento P P/10 a P/15 P/200 a P/6.000

Camada

Graduação de peso do enrocamento (%)

Armadura ou carapaça Primeira camada intermediária Núcleo e camada junto ao leito Largura da crista (n > – 3)

Crista do quebra-mar N.A. máximo de projeto N.A. mínimo de projeto Mar

75 a 125 70 a 130 30 a 170

n ≥2 –1,5 H

H: Altura da onda P: Peso da unidade individual da armadura n: Número de blocos

P

–H

Porto P/10 a P/15

P/200 a P/6.000

Mín. 3,0 m Mínimo: 0,3 m

5, 0

B 4

3, 0

3

+7, 5

5a

Porto

0

2a

4t

3 8t

0,5

2,

Figura 13.1 (A) Elevação de seção transversal de um maciço de enrocamento com exposição do lado marítimo com condições de galgamento zero ou moderado. (B) Exemplo do trecho GHJ do molhe de abrigo do Porto de Luís Correia (P). Seção transversal.

Seção transversal de três camadas

1,5

A

10 a 500 kg

a2

2

0, 0

–1, 5

Mar

t 3a

5t

Medidas em metros Cotas DHN-MB

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Estruturas e Equipamentos de Acostagem

ESTRUTURAS E EQUIPAMENTOS DE ACOSTAGEM

14

607

Capítulo

O Porto de Iguape (SP), em 1886, foi um dos principais do Império do Brasil até meados do Século XIX, entrando em decadência em razão do assoreamento desencadeado pela abertura do Canal do Valo Grande.

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608

Engenharia Portuária

14.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS, CLASSIFICAÇÃO E TIPOS PRINCIPAIS DAS OBRAS ACOSTÁVEIS As obras portuárias de acostagem constituem-se em obras maciças para resistir aos elevados esforços estruturais, não sendo, portanto, recomendáveis estruturas esbeltas. De fato, estão sujeitas aos seguintes esforços basicamente: • • •

Cargas horizontais elevadas em razão do impacto das embarcações e dos esforços nos cabos de amarração das embarcações atracadas. Cargas verticais concentradas por causa dos equipamentos de movimentação de cargas. Efeitos de empuxos de terras, que podem ser comparáveis aos demais carregamentos.

A adoção da solução de obra acostável mais apropriada vincula-se às condições locais: • • • • • • • • •

características topobatimétricas; condições de solo; são de fundamental importância o cálculo dos empuxos de terra e a capacidade de carga do leito de fundação; análise de possíveis recalques de estruturas; metodologias e custos de dragagem; escavações e estaqueamento; níveis do mar e agitação ondulatória; condições climáticas; corrosividade pelo solo e/ou água do mar e/ou ataque ácido de micro-organismos sobre os materiais de construção, como ocorrido no Porto de Vila do Conde (PA), exigindo pintura especial.

As obras de acostagem podem ser em estrutura contínua ou em elementos discretos. A Norma Brasileira NBR n.º 13.209/94 (ABNT, 1994) apresenta os critérios que devem ser observados para a concepção e o projeto de obras de acostagem previstos em um planejamento portuário.

Obras contínuas Nas concepções estruturais de obras contínuas, as funções de acesso, suporte de equipamentos, atracação (absorção de choques das embarcações) e amarração das embarcações estão integradas na plataforma principal (Figuras 14.1 a 14.5), podendo ser (ver item 14.3.2):

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Cais de paramento fechado ou de face vertical: possuem uma cortina frontal que contém o terrapleno no tardoz, podendo ter solução estrutural de cais com plataforma de alívio, já que a plataforma alivia a cortina dos empuxos, ou não.

Cais de paramento aberto: a área sob a plataforma de operações apresenta um talude a partir do fundo do berço de atracação, podendo dispor de plataforma de alívio, ou não.

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Estruturas e Equipamentos de Acostagem

A

Planta do arranjo geral

N

Dragado na

–9,00

154,85 m Trecho de atuação do descarregador de navios

–13,00

Área de atuação do descarregador de navios Área de atuação do carregador de navios Braço articulado

Defensas

3,06

Linha de atracação

Plataforma de líquidos

+8,50

Trilhos do descarregador de navios

Expansão futura

Dolfim de amarração Ponte de acesso

48º03’29”

Cabeço de amarração (100 tf) típico

48º03’29”

Trilhos do carregador de navios Fundação da mesa giratória

Fundação da torre de transferência

Medidas em metros Cotas DHN-MB

B

90,750

Elevação do Corte A-B

38,250

29,500 Faixa de carregamento

Comprimento da lança 35º

+50,939 Posição máxima da lança

+38,900

15º

Posição máxima p/ transf. de porão +32,334

Retraído

Altura máxima de operação + 29,000

12º +18,460

24,000 Estendido

3,060

Altura mínima de operação +21,047

+8,500

+7,100 MPM +5,000 0,000 BMMS –2,953

5.000 tpb

47.000 tpb

–9,000 –13,000

Mesa giratória de retaguarda 40,000

Berço de atracação Transportador linear e mesa giratória frontal 15,300

Medidas em metros Cotas DHN-MB

Figura 14.1 Porto da Alumar em São Luís (MA).

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Equipamentos de Movimentação e Instalações de Armazenamento de Cargas

EQUIPAMENTOS DE MOVIMENTAÇÃO E INSTALAÇÕES DE ARMAZENAMENTO DE CARGAS

15

763

Capítulo

O guindaste duplo do Porto de Gdansk (Danzig) no Rio Motlawa (Polônia), constituído de estrutura e mecanismos de madeira e cordas, já era mencionado no ano 1363 e foi o maior da Europa entre os séculos XIV e XVIII com capacidade de içamento de 2.000 kg.

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764

Engenharia Portuária

15.1 INTRODUÇÃO Os requisitos funcionais das embarcações, da movimentação de carga e do armazenamento devem estar de acordo com o peso, a distribuição de carga, a dimensão e a capacidade de manobra do equipamento de movimentação de carga, o qual, por seu turno, influencia no arranjo e projeto de estruturas, fundações e pavimentos. De forma semelhante, instalações fixas influem na escolha do equipamento de movimentação de carga, e a unitização da carga influi na escolha do equipamento de movimentação e nas instalações de armazenamento. No arranjo e projeto de instalações fixas, bem como na escolha do equipamento, deve-se privilegiar, tanto quanto possível, a utilização com múltiplas finalidades, com exceção de instalações nitidamente especializadas. Os sistemas de movimentação de carga e as instalações de armazenamento devem ser projetados com a maior flexibilidade possível, ressalvadas as situações de terminais nitidamente especializados. É relevante salientar que os navios apresentam planos de carregamento e descarga, de modo que sua estrutura não sofra esforços solicitantes que possam comprometer sua segurança. Assim, a distribuição da carga à bordo pelos compartimentos de movimentação de carga deve seguir uma sequência pré-determinada pelo comandante do navio. O risco de desenvolver esforços cortantes que estressem a estrutura do casco pode ser avaliada por softwares (master load) que efe­ tuam os cálculos das tensões a que o casco está sendo submetido. Na Figura 15.1 pode-se avaliar o grau de prejuízos que podem ocorrer em situações extremas de ruptura do casco, a qual pode ocorrer no porto ou mais frequentemente em navegação sobre a ação das ondas do mar. Os berços de carga geral requerem uma área imediatamente adjacente às embarcações ao longo de seu comprimento, uma vez que a movimentação horizontal de carga deve ocorrer ao longo do comprimento e perpendicularmente à embarcação, pois as instalações de armazenamento devem estar o mais próximo possível, porque os custos de movimentação horizontal de carga são elevados. A carga é movimentada pelos guindastes das embarcações (paus de carga), pelos guindastes do porto, ou cábreas (guindastes flutuantes operando a contrabordo da embarcação) em vários pontos do cais ao longo do comprimento da embarcação (em correspondência aos porões), estando associada a um percurso de transporte horizontal no porto. Portanto, um berço de carga geral é normalmente uma estrutura continuamente conectada à terra para atracação, amarração e movimentação de carga. No extremo oposto de arranjo das instalações de movimentação e armazenamento de cargas estão os terminais de granéis líquidos. Nos terminais para embarcações-tanque, a movimentação de carga ocorre somente pela meia-nau, por meio do mangote da embarcação, que se conecta aos braços de movimentação de óleo do porto instalados em uma reduzida plataforma de operações. O arranjo geral estrutural das obras de acostagem é, normalmente, em elementos discretos conectados por passarelas de estrutura leve. Os tanques de armazenamento não necessitam estar localizados próximo ao berço, pois o transporte por oleoduto submarino ou terrestre não é oneroso. Intermediariamente aos arranjos anteriores estão os terminais para granel sólido, no qual a movimentação de carga ocorre em vários porões dispostos ao longo do navio. Assim, a plataforma de operação deve ser mais extensa do que nos terminais de granéis líquidos, visando cobrir boa parte do comprimento do navio. Granéis

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Políticas e Operações Portuárias

POLÍTICAS E OPERAÇÕES PORTUÁRIAS

Texto do Decreto de Abertura dos Portos às Nações Amigas

“Conde da Ponte, de Meu Conselho, Governador e Capitão General da Capitania da Bahia, Amigo. Eu o Príncipe Regente vos Envio muito saudar, como aquele que Amo. Atendendo a representação, que fizeste subir à Minha Real Presença sobre se achar interrompido, e suspenso o Comércio desta Capitania com grave prejuízo dos Meus Vassalos, e da Minha Real Fazenda em razão das críticas, e públicas circunstâncias da Europa, e Querendo dar sobre este importante objeto alguma providência pronta, e capaz de melhorar o progresso de tais danos: Sou Servido Ordenar interina, e provisoriamente, enquanto não Consolido um Sistema geral, que efetivamente regule semelhantes matérias, o seguinte. Primo: Que sejam admissíveis nas Alfândegas do Brasil todos e quaisquer Gêneros, Fazendas, e Mercadorias transportadas, ou em Navios Estrangeiros das Potências, que se conservam em Paz, e Harmonia com a Minha Real Coroa, ou em Navios dos Meus Vassalos, pagando por entrada vinte e quatro porcento; a saber: vinte de Direitos grossos e quatro do Donativo já estabelecido, regulando-se a cobrança destes Direitos pelas Pautas, ou Aforamentos, por que até o presente se regulam cada uma das ditas Alfândegas, ficando os Vinhos e as Aguardentes, e Azeites doces, que se denominam Molhados, pagando o dobro dos Direitos, que até agora nelas satisfaziam. Segundo: Que não só os Meus Vassalos, mas também os sobretidos Estrangeiros possam exportar para os Portos, que bem lhes parecer a benefício do Comércio, e Agricultura, que tanto Desejo promover, todos e quaisquer Gêneros, Produções Coloniais, à exceção do Pau-brasil, ou outros notoriamente estancados, pagando por saída os mesmos Direitos já estabelecidos nas respectivas Capitanias, ficando entretanto como em suspense, e sem vigor todas as Leis, Cartas Régias, ou outras Ordens, que até aqui proibiam neste Estado do Brasil o recíproco Comércio, e Navegação entre os Meus Vassalos, e estrangeiros. O que tudo assim fareis executar com zelo e atividade, que de vós Espero. Escrita na Bahia aos 28 de janeiro de 1808. Ass.: Príncipe - Para o Conde da Ponte” 

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16

833

Capítulo

Esse ato, precursor da Independência do Brasil, rompeu o Pacto Colonial de monopólio comercial da Metrópole Portuguesa, dando início à transição do Brasil Colônia para Reino Unido, até a plena soberania nacional com o Primeiro Império.

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Engenharia Portuária

16.1 MODELOS DE POLÍTICA PORTUÁRIA 16.1.1 Considerações gerais Para caracterizar os modelos de política portuária, deve-se considerar duas questões principais: •

A propriedade, ou controle sobre o porto. Os portos públicos são denominados de portos organizados, distinguido-se dos terminais privativos.

A abrangência e o perfil das atividades desenvolvidas pela autoridade portuária.

Até 1990, o sistema portuário brasileiro era altamente centralizado, concentrando em uma empresa da União (Portobrás) todas as atividades de planejamento, investimento e regulamentação, com caráter de serviço público. Em 1990, com a extinção da Portobrás e o acirramento da discussão sobre a política portuária nacional, iniciou-se um processo de transição, a partir da Lei nº 8.630/93, substituída pela atual Lei 12.815 de 05/06/2013. No âmbito administrativo instituiu-se a Administração do Porto Organizado – APO composta pelo Conselho da Autoridade Portuária – CAP e pela Administração do Porto – AP, que devem atuar em harmonia com as autoridades aduaneiras (Alfândega da Receita Federal), marítima (Capitania dos Portos da Marinha do Brasil), de saúde (ANVISA) e da polícia marítima (Marinha do Brasil). O Quadro 16.1 apresenta os agentes do setor portuário marítimo no Brasil. O Quadro 16.2 apresenta o organograma de como se relacionam estes agentes no âmbito governamental. Os Quadros 16.3 e 16.4 apresentam os agentes gerenciais reguladores e operacionais do comércio exterior no Brasil.

QUADRO 16.1 – AGENTES DO SETOR PORTUÁRIO MARÍTIMO NO BRASIL Grupo

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Órgãos/Instituições

A. Agentes de formulação de políticas, planejamento e regulação do setor portuário marítimo

• Conselho Nacional de Integração de Políticas de Transporte (CONIT) • Secretaria Especial dos Portos (SEP) • Agência Nacional de Transportes Aquaviários (ANTAQ)

B. Agentes da administração portuária marítima

• Conselho de Autoridade Portuária (CAP) • Autoridade Portuária (AP) • Órgão Gestor da Mão de Obra do Trabalho Portuário Avulso (OGMO)

C. Agentes da autoridade marítima

• Diretoria de Portos e Costas (DPC) • Capitania dos Portos

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Políticas e Operações Portuárias

QUADRO 16.2 – GOVERNANÇA DO SETOR PORTUÁRIO NO BRASIL Presidência da República CONIT

Ministério da Defesa

Capitania dos Portos

Ministério dos Transportes

Diretoria de Portos e Costas

Secretaria Especial dos Portos

Conselho de Autoridade Portuária

ANTAQ

Autoridade Portuária

OGMO

QUADRO 16.3 – AGENTES GERENCIAIS, REGULADORES E OPERACIONAIS DO COMÉRCIO EXTERIOR NO BRASIL Ministérios

Agentes

Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior

• Secretaria do Comércio Exterior (SECEX) • Departamento de Operações do Comércio Exterior (DECEX)

Ministério da Fazenda

• Secretaria da Receita Federal do Brasil (RFB) • Banco Central do Brasil (BACEN)

Ministério da Justiça

• Departamento de Polícia Federal (DPF)

Ministério da Saúde

• Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA)

Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

• Sistema de Vigilância Agropecuéria Internacional (VIGIAGRO)

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Tipos de Obras de Defesa dos Litorais

TIPOS DE OBRAS DE DEFESA DOS LITORAIS

17

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Capítulo

Elevação típica dos Murazzi da Repubblica di Venezia (1751), uma obra de defesa costeira de 20 km de extensão, implantada nas ilhas barreiras da Laguna di Venezia de Lido, Pellestrina e Sottomarina, foi considerada uma das grandes obras de Engenharia do Século XVIII. Com a finalidade de resistir às fortes tempestades e consequentes inundações produzidas pelo Mar Adriático, seus blocos de rocha da Ístria foram cimentados com a pozolana de origem vulcânica, herança da ancestral civilização romana, garantia de grande eficácia na impermeabilização da construção.

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Engenharia Portuária

17.1 INTRODUÇÃO 17.1.1 Erosão costeira A erosão costeira é o conjunto de processos no qual é removido mais material da praia do que suprido, em consequência à quebra do equilíbrio dinâmico original, e um dos principais problemas mundiais do ponto de vista da preservação do solo. De fato, nas zonas densamente povoadas, com infraestruturas urbanas, industriais e turísticas de alto valor econômico, a erosão costeira representa custos sociais, ambientais e econômicos muito elevados.

17.1.2 Obras de defesa dos litorais As obras de defesa dos litorais são intervenções estruturais cujas funções são agir no balanço do transporte sólido, favorecer a estabilização ou a ampliação da linha de costa, e defendê-la contra a erosão. Os requisitos básicos no projeto das obras de defesa dos litorais são: • • •

econômicos, de análise custo-benefício; ambientais, ligados a questões socioeconômicas, ecológicas e estéticas; mínima influência nas áreas adjacentes.

Definir a obra mais conveniente em cada caso é muito complexo:

exige apurado estudo e ponderação, sendo frequente o recurso a modelos físicos e matemáticos;

obras mal estudadas ou improvisadas correm o risco de agravar a erosão na área ou nas adjacências; é importante a coleta de dados sobre o comportamento de obras costeiras nas proximidades; o comportamento da obra deve ser avaliado nas situações extremas e nas dominantes.

• •

17.1.3 Intervenções não estruturais As intervenções não estruturais são medidas que não interferem fisicamente com o litoral, mas atuam nos aspectos socioeconômicos relacionados com a questão, determinando condições de contorno mais favoráveis, com o objetivo de reduzir as intervenções estruturais, que devem ser adotadas somente como último recurso. As características dessas medidas são de terem efeitos em longo prazo (décadas), mediante planejamento dos aspectos físicos, urbanísticos e de defesa dos litorais quanto ao uso e à ocupação racionais do solo na definição de políticas de gerenciamento costeiro. Estas são algumas normas para a conservação dos litorais: • • • •

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Faixa não edificável para conservação da praia natural. Limitação da extração de fluidos do subsolo. Limitação da mineração nas bacias contribuintes ao transporte litorâneo. Privilegiar o desenvolvimento urbano em profundidade (normal à costa) e não concentrado na orla marítima. Inclusive pela alteração microclimática de edificações com gabaritos verticais muito altos, que afetem a circulação eólica (terral, brisa marítima).

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Efeitos das Obras Costeiras Sobre o Litoral

EFEITOS DAS OBRAS COSTEIRAS SOBRE O LITORAL

18

899

Capítulo

Engordamento por alimentação artificial da Praia de Copacabana no Rio de Janeiro (Estado da Guanabara) em 1970. Esta foi a primeira obra do gênero realizada no Brasil.

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900

Engenharia Portuária

18.1 ESPIGÕES 18.1.1 Descrição conceitual do impacto sobre a linha de costa Um espigão isolado, longo ou curto, em uma costa exposta a clima de ondas ligeiramente oblíquo à linha de costa, produz erosão a sotamar. Visando estender o comprimento da área protegida, e compensar a erosão na região de sombra a sotamar, é prática normal a implantação de uma série de espigões ao longo da linha de costa, formando o campo de espigões. Na Figura 18.1 está simulada a evolução da linha de costa em uma condição de largura de 400 m da zona de arrebentação e espraiamento para os seguintes casos: •

Três espigões longos, abrangendo toda a largura da zona de arrebentação, com espaçamento de 600 m, ou seja, 1,5 vez o comprimento dos espigões.

Três espigões longos, abrangendo toda a largura da zona de arrebentação, com espaçamento de 1.200 m, ou seja, 3 vezes o comprimento dos espigões.

Três espigões curtos, abrangendo metade da largura da zona de arrebentação e espraiamento, com espaçamento de 600 m.

Três espigões curtos, abrangendo metade da largura da zona de arrebentação e espraiamento, com espaçamento de 1.200 m.

A capacidade do campo de espigões de proteger um determinado trecho da linha de costa depende de vários fatores: •

Clima de ondas: rumo e intensidade.

Comprimento do espigão.

Espaçamento e tempo de enchimento em campos de espigões implantados numa só etapa.

Como demanda um tempo relativamente longo para o enchimento com areia do campo de espigões, até que isso ocorra haverá erosão temporária entre os espigões, maior quanto maior o espaçamento. Nos dois casos de espigões longos, o transpasse das areias pelo primeiro espigão a barlamar ainda não havia sido iniciado no período simulado, significando que a única evolução de linha de costa nas células entre espigões foi uma rotação inicial da linha de costa para a direção de transporte de sedimentos litorâneo nulo. A erosão a sotamar do campo de espigões é idêntica à erosão produzida por um espigão único longo enquanto não ocorre o transpasse do primeiro espigão a barlamar. A diferença começa a ser marcante após o início do transpasse, pois no caso do espigão único haverá uma maior desaceleração na taxa de erosão comparativamente ao campo de espigões, uma vez que, nesse último caso, a taxa de erosão continuará alta até que as duas células estejam cheias e comece o transpasse pelo último espigão a sotamar. Assim, o campo de espigões em longo prazo produzirá maiores erosões a sotamar, maior quanto maior o espaçamento entre os espigões, do que um único espigão.

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901

Efeitos das Obras Costeiras Sobre o Litoral

Posição final da praia — (F)

1.800 1.600 1.400

F

F

1.200

F

Posição inicial da praia

1.000 800

F

600 0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

5.500

6.000

6.500

7.000

7.500

8.000

8.500

9.000

7.000

7.500

8.000

8.500

9.000

7.000

7.500

8.000

8.500

9.000

7.500

8.000

8.500

9.000

(m ) Posição final da praia — (F)

1.800 1.600 1.400

F

1.200

F

F

1.000 800

F

600 0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

5.500

6.000

6.500

(m ) Posição final da praia — (F)

1.800 1.600 1.400

F

F

1.200

F

1.000 800

F

600 0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

(m )

5.000

5.500

6.000

6.500

Posição final da praia — (F)

1.800 1.600 1.400

F

1.200

F

F

1.000 800

F

600 0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

(m )

5.000

5.500

6.000

6.500

7.000

Figura 18.1 Planimetria do desenvolvimento da linha de costa para campos de espigões com espigões longos e curtos e aproximação ligeiramente oblíqua do clima de ondas.

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Tipos de Obras em Embocaduras Marítimas

TIPOS DE OBRAS EM EMBOCADURAS MARÍTIMAS

19

955

Capítulo

Sondagem batimétrica da Barra de Rio Grande (RS), realizada em 1867 pelo Comandante Mouchez da Marinha Imperial Francesa. Trata-se de posição portuária estratégica no sul do país, sendo a costa entre Rio Grande e Punta del Este, no Uruguai, a maior costa arenosa do mundo, o que impede a implantação de outros portos estuarinos.

cap. 19 portuarias.indd 955

31/01/14 17:29


956

Engenharia Portuária

19.1 PRINCÍPIOS DAS OBRAS DE CONTROLE E APROVEITAMENTO DOS ESTUÁRIOS 19.1.1 Princípios gerais 19.1.1.1 Comportamento de circulação estratificação Consideração importante para o gerenciamento estuarino está no comportamento de circulação estratificação. Assim, de acordo com a classificação já vista em Hidráulica Estuarina, tem-se: •

Classe 4 Trata-se de estuário altamente estratificado (em cunha salina), onde é mínima a troca de água vertical.

Classes 3 e 2 Trata-se de estuário com circulação gravitacional clássica, com melhor qualidade de água do que a anterior, parcialmente estratificado (classe 3) e parcialmente misturado (classe 2).

Classe 1 Trata-se do estuário verticalmente homogêneo, bem misturado.

As obras de controle e aproveitamento estuarino podem alterar o comportamento da circulação estratificação da seguinte forma:

Doce Inicial Doce

Aprofundamento por dragagem nos canais

Produz a tendência de aumento da estratificação, da classe 1 para 2/3 ou da 2/3 para a 4. Com isso, há uma piora da qualidade da água e cria-se uma limitação quanto à estabilização econômica do canal. De fato, o aprofundamento máximo estável, economicamente, situa-se em torno a 50% da profundidade média natural original, a qual se situa na mesma categoria, ou em uma acima, se considerarmos o critério de Bruun para a estabilidade de embocadura. Na Figura 19.1 são mostrados diagramas esquemáticos dos efeitos resultantes do aprofundamento do canal estuarino e da remoção de barras de embocadura na penetração da intrusão salina.

Regularização de vazões Produz a redução das vazões fluviais, com consequente tendência de redução da estratificação, da classe 4 para a 2/3 ou da 2/3 para a 1. Produz-se uma modificação do período hidrológico, uma redução do aporte de sedimentos fluvial, podendo desencadear uma possível erosão costeira e um deslocamento da região de maior floculação para montante.

Calibração da embocadura por guias-correntes Produz a tendência de aumento da estratificação.

Aumento da altura de maré Produz a tendência de redução da estratificação.

Salgada

A Salgada

Aprofundamento

A Doce Inicial

Remoção da barra

Salgada

B B

Figura 19.1 Esquematização mostrando: (A) efeitos de aprofundamento do canal; (B) efeitos de remoção de barra de embocadura, na penetração da intrusão salina.

cap. 19 portuarias.indd 956

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Dispersão Aquática de Efluentes Leves

DISPERSÃO AQUÁTICA DE EFLUENTES LEVES

20

987

Capítulo

Plano Geral de Saneamento de Santos (SP) proposto em 1898 pelo Eng. Sanitarista F. Saturnino Rodrigues de Brito – Águas pluviais do sistema separador absoluto com os esgotos sanitários.

cap20. portuarias.indd 987

27/01/14 13:30


988

Engenharia Portuária

20.1 EMISSÁRIOS SUBMARINOS A dispersão oceânica de efluentes, seja esgoto doméstico ou água de processamento industrial, constitui-se, em muitos casos, na solução adotada para o destino final de efluentes por meio da descarga submersa. Na Tabela 20.1 está apresentada a composição típica de esgoto doméstico não tratado. Na Tabela 20.2 estão os limites estabelecidos pela resolução Conama nº 357/2005 para a classificação da balneabilidade das praias, segundo a qualidade da água para fins de recreação de contato primário, como natação, mergulho, esqui aquático etc. As análises devem ser efetuadas em cinco semanas consecutivas, sendo as três categorias iniciais consideradas próprias. As correntes de maré e induzidas pelo vento são responsáveis pela dispersão. A Figura 20.1 apresenta a comparação entre o processo de tratamento convencional de esgoto sanitário e a disposição oceânica, conforme esquematizado na Figura 20.2. A dispersão oceânica compõe-se da advecção e da difusão, fenômenos que no corpo receptor marítimo encontram grande capacidade diluidora no chamado campo afastado, cuja densidade é inferior à da água salgada por ser constituído de efluentes de água doce com carga bacteriana associada. Este efluente, ao ser lançado no fundo do mar, é submetido a uma dispersão forçada inicial, no chamado campo próximo, promovido pelo empuxo positivo que produz uma pluma ascendente do efluente. É desejável que a diluição no campo próximo, comandada pela hidráulica do difusor do emissário, reduza em pelo menos 100 vezes a concentração bacteriana da saída do difusor. A existência de uma Zona de Mistura Legal constitui-se em uma região onde os parâmetros dos contaminantes ainda se encontram em concentrações mais elevadas do que o permitido para a finalidade de uso do corpo receptor, mas que é reconhecidamente uma zona de sacrifício. Quanto mais apropriadamente dimensionado o emissário, menor esta região e o risco de ela afetar negativamente as regiões próximas que exigem melhor qualidade da água. Para esse dimensionamento, é de fundamental importância o conhecimento da dinâmica dos processos litorâneos ao longo do ano.

TABELA 20.1 Composição típica de esgoto doméstico não tratado Contaminante

cap20. portuarias.indd 988

Unidade

Concentração Fraca

Média

Forte

Sólidos totais (ST)

mg/L

350

720

1.200

Sólidos dissolvidos totais – Fixos – Voláteis

mg/L mg/L mg/L

250 145 105

500 300 200

850 525 325

Sólidos suspensos (SS) – Fixos – Voláteis

mg/L mg/L mg/L

100 20 80

220 55 165

350 75 275

Sólidos sedimentáveis

mg/L

5

10

20

DBO5,20 °C

mg/L

110

220

400

Carbono orgânico total

mg/L

80

160

290

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Obras de Escavação Submersas

OBRAS DE ESCAVAÇÃO SUBMERSAS

21

1059

Capítulo

Coleta de amostra de sedimentos da cisterna de batelões lameiros no Porto de Santos (SP) em 1966.

cap.21 hidroviarias.indd 1059

31/01/14 17:32


1060

Engenharia Portuária

21.1 DRAGAGEM 21.1.1 Introdução O serviço de dragagem consiste na escavação e remoção (retirada, transporte e deposição) de solo, e camadas rígidas desagregáveis (não rochas) submersos em qualquer profundidade e por meio de variados tipos de equipamentos (mecânicos ou hidráulicos) em mares, estuários e rios. Neste item estão consideradas somente as dragagens em lâminas d’água de até cerca de 30 m de profundidade para fins de navegação. As dragagens fluviais envolvem, normalmente, menores volumes do que as marítimas, pois as profundidades são reduzidas (abaixo de 5 m), e realizadas somente sob a ação de correntes, o que reduz o porte dos equipamentos. Dependendo da largura do canal fluvial, pode ser realizada a escavação a partir da margem por escavadeiras, embora preponderem os equipamentos flutuantes. As dragagens de implantação, efetuadas para a implantação de um determinado gabarito geométrico (profundidade, largura e taludes), diferem das dragagens de manutenção, efetuadas sistematicamente para manter o gabarito. De fato, as primeiras acarretam um maior volume de serviço, uma vez que na implantação da cava existe a necessidade da acomodação do terreno virgem ao gabarito imposto, estando sujeita a deslizamentos de taludes até conseguir a estabilidade das rampas, além disso o aporte de sedimentos fluvial e/ou marítimo continua a ocorrer durante a obra e deve ser contemplado no volume de implantação. O recente aprofundamento do canal de acesso ao Porto de Santos, de cota –12,8 m (DHN) para –15,0 m (DHN), por exemplo, exigiu a remoção por dragagem de 13 milhões de m3 a R$189 milhões (2009) e 22.4 mil m3 de derrocamento a R$ 17,9 milhões (2009). O objetivo de uma dragagem consiste na escavação de material de acordo com um determinado gabarito de navegação especificado. Assim, na Figura 21.1 apresentam-se curvas características de assoreamento no Canal de Acesso ao Porto de Santos (SP), levantadas após as dragagens de manutenção feitas em 1973, 1974 e 1975, sendo esquematizadas as curvas de evolução temporal do alteamento dos fundos em função das cotas finais de dragagem. É preciso levar em conta que o aprofundamento superior a 50% das lâminas d’água médias originais acarreta necessidades de manutenção frequentes, ou até permanentes, o que exige que as dragas ocupem canais e bacias continuamente, o que pode prejudicar o tráfego das embarcações. Quanto à localização do despejo ou descarte dos dragados (bota-fora) de modo a compatibilizar os aspectos técnico, econômicos e ambientais. Assim, técnica e economicamente deve-se buscar a minimização da distância do transporte que permita o afastamento dos dragados descartados sem causar perda de profundidade que comprometa a segurança da navegação ou o meio ambiente (ver Figura 21.2(A)). A gestão e a operação das áreas de despejo de dragagem, visando assegurar a sua utilização em longo prazo, constituem os mais importantes objetivos de longo prazo. No caso do exemplo da dragagem do Canal de Acesso ao Porto de Santos, em novembro de 1975 a Companhia Docas de Santos alterou o local de despejo dos dragados do extremo oeste da Baía de Santos (Ponta de Itaipu), em que eram despejados desde 1928, para o extremo leste (Ponta da Munduba), pois extensivas e detalhadas campanhas hidrográficas, envolvendo inclusive testes com traçadores

cap.21 hidroviarias.indd 1060

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1061

Obras de Escavação Submersas –11,00

A

D

–11,50

B

D

46º25’ W

3

Ponta de Itaipu

46º15’ W

–10 De 1986 a 1995

Até 1975

2

Ponta da Munduba Ilha da Moela

–12,50 –15 –13,00

–13,50

–14,00

1973

1974

Tempo

1975

De 1975 a 1983

A partir de 1995

D 24º05’ S

Cota (m) CDS

–12,00

1

46º20’ W

Baía de Santos

De 1983 a 1986 0

1

2

3

4

–20

Quilômetros

Cotas DHN-MB

1976

Figura 21.1 (A) Curvas características de assoreamento na curva do Canal de Acesso ao Porto de Santos e esquematização da evolução temporal do assoreamento no canal externo na curva do Canal de Acesso ao Porto de Santos. Tendências (1, 2 e 3), dragagem (D). (Brasil, 1977). (B) Áreas planimetradas de despejo dos dragados do Porto de Santos utilizadas no século XX.

B

Bacia de evolução A

A

RESULTADOS ANALÍTICOS INORGÂNICOS Procedência/seção Valores Parâmetros Unid.

AA Mín.

Máx.

BB Médio

Mín.

Máx.

CC Médio

Mín.

Máx.

GG Médio

Mín.

Máx.

Médio

METAIS B

C

Obs.:

B

C

G

G

fc: fundo do canal cd: cota de dragagem acd: abaixo da cota de dragagem

A

Cádmio (Cd) Chumbo (Pb) Cobre (Cu) Cromo (Cr) Ferro (Fe) Mercúrio (Hg) Níquel (Ni) Vanádio (V) Zinco (Zn)

mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg

6,16 19,13 4,81 54,96 5,11 < 0,50 14,21 28,74 27,63

Sólidos finos % p/p Sólidos voláteis % p/p Cianetos mg/kg Amônia mg/kg

23,80 4,54 1,73

93,33 30,69 593,65 261,41 190,51 80,74 206,10 118,97 41,59 19,76 < 0,50 < 0,50 193,97 71,73 136,19 57,90 2.491,53 963,97

3,83 31,44 10,85 16,02 82,38 32,62 6,44 42,28 17,65 22,16 71,27 46,04 2,73 14,61 5,96 < 0,50 < 0,50 < 0,50 15,45 44,87 28,47 17,64 65,00 50,39 48,85 255,56 104,86

3,50 38,03 11,62 69,78 5,03 43,61 33,16 80,71 2,05 6,29 < 0,50 < 0,50 12,37 50,82 23,49 74,95 37,26 197,38

12,00 31,67 17,92 46,58 4,25 < 0,50 26,97 47,57 86,65

< 1,00 7,69 17,38 59,06 1,99 79,15 29,81 90,00 1,99 4,72 < 0,50 < 0,50 15,53 39,57 30,39 49,23 27,94 134,69

4,92 31,19 24,26 63,55 3,33 < 0,50 24,92 41,98 64,73

GLOBAIS 58,90 7,09 6,60

40,42 5,84 3,43

23,00 44,60 43,23 26,40 59,10 44,32 1,97 5,01 4,01 2,28 5,63 3,64 < 1,00 22,26 5,44 < 1,00 5,01 2,03 6,12Bacia 297,92 20,50 395,18 183,25 de 237,58 evolução

27,90 55,40 46,01 3,48 4,43 4,07 < 1,00 4,96 1,86 21,08 364,57 171,61

RESULTADOS ANALÍTICOS ORGÂNICOS Procedência/seção Valores Parâmetros Unid.

ABB

AA Mín.

Máx.

Médio

Mín.

Máx.

A Médio

Mín.

CC Máx.

GG Médio

Mín.

Máx.

Médio

HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS (PAH’S)

Corrente

Benzo(a)pireno mg/kg Somatória PAH mg/kg

9,40B 75,00

< 0,07 57,00 19,03 < 0,01 1.100,00 321,02

< 0,07 < 0,01

< 0,04 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10

< 0,04 < 0,04C < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10Obs.: < 0,10

1,56 B 12,96

< 0,07 < 0,01

1,50 23,00

0,41 4,62

< 0,07 < 0,01

1,50 12,00

0,47 3,38

C < 0,04 < 0,04 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 G G < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10

< 0,04 < 0,10 0,21 < 0,10 < 0,10 < 0,10

< 0,04 < 0,10 0,11 < 0,10 < 0,10 < 0,10

< 0,04 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10

< 0,04 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10

< 0,04 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10 < 0,10

acd 41,67 24,33 32,67 1,33 0

fc 31,00 33,67 30,33 5,00 0

COMPOSTOS VOLÁTEIS

Figura 21.2 (A) Comportamento dos sedimentos ao serem dispostos em águas expostas por meio de diferentes processos. (B) Resultados analíticos da contaminação dos sedimentos do Canal de Acesso ao Porto da Usiminas – Canal de Piaçaguera em Cubatão (SP) em 2002.

cap.21 hidroviarias.indd 1061

Benzeno Etilbenzeno Tolueno Xilenos m.p.Xileno o-Xileno

mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg

0,83 0,47 0,74 1,50 1,10 0,35

0,21 0,20 0,22 0,46 0,34 0,17

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA Procedência/seção Horizonte Parâmetros Unid. Argila % Silte % Areia fina % Areia média % Areia grossa %

AA fc 42,43 39,70 13,30 3,30 1,30

cd 31,67 36,33 23,00 9,00 0

acd 51,33 20,33 25,67 2,67 0

fc: fundo do canal cd: BBcota de dragagemCC fc acd: cdabaixo acdda cota fc decd 25,00 48,67 47,33 25,00 40,00 dragagem

27,00 42,67 5,33 0

24,67 23,00 3,33 0,33

24,67 18,33 9,00 0,67

35,33 28,33 7,67 3,67

26,67 30,00 3,33 0

GG cd 40,00 31,33 24,33 4,33 0

acd 46,67 22,67 29,67 1,00 0

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Dimensões Náuticas Hidroviárias

DIMENSÕES NÁUTICAS HIDROVIÁRIAS

22

1113

Capítulo

Embarcações automotoras e rebocadores em utilização no Rio Meno, em Frankfurt, na década de 1920.

cap.22 jidroviarias.indd 1113

31/01/14 17:36


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Engenharia Portuária

22.1 EMBARCAÇÕES FLUVIAIS 22.1.1 Características das embarcações fluviais A via fluvial que consente a navegação regular de embarcações é denominada hidrovia interior. A tendência atual para as embarcações fluviais é a de utilização de comboios de empurra, compostos por rebocador empurrando chatas, com as maiores dimensões compatíveis com a via, e automotores. Tem-se buscado também a padronização das dimensões, visando a otimização das obras hidroviárias, a navegação ininterrupta com balizamento adequado, e a unificação da carga geral com contêineres. As dimensões das embarcações fluviais estão ligadas às características da hidrovia (dimensões, correnteza e obras), características da embarcação (tipo de carga, capacidade de carga, local de operação, manobrabilidade e velocidade), e forma hidrodinâmica. Da análise econômica operacional de minimização dos custos totais por tonelada (soma dos parciais investidos na hidrovia e na embarcação) carregada em função da tonelagem da embarcação resulta a embarcação adotada. As características das embarcações são sintetizadas em: • • • • • •

Comprimento (L): corresponde à distância entre as verticais que passam pelos extremos de popa e proa. Boca (B): corresponde à distância entre as verticais tangentes aos extremos de bombordo e boreste da seção-mestra (maior transversal). Calado (T): corresponde à distância entre a quilha e a linha d’água da seção-mestra. Pontal (P): corresponde à altura entre a quilha e o convés principal. Deslocamento total, correspondente ao peso do volume de água deslocado pela embarcação. Porte bruto ou capacidade de carga: corresponde à diferença entre o deslocamento total e o peso do casco, motor, tripulação e equipamentos. Costuma ser citado em tpb (tonelagem de porte bruto).

22.1.2 Automotores Os automotores, graças à sua versatilidade, são embarcações apropriadas ao emprego nas hidrovias pioneiras, e onde também a carga movimentada não atinja valores que compensem a adoção de grandes comboios de empurra, bem como nas hidrovias consolidadas para cargas de rápida movimentação, como os granéis líquidos, pois é possível obter maiores velocidades médias de percurso. As embarcações fluviais automotoras assemelham-se às marítimas pela total independência de tráfego por disporem de propulsão própria. A diferenciação está ligada ao menor calado comparativamente ao comprimento e boca, à pequena borda livre entre a linha d’água e o convés por navegarem em águas abrigadas, e às baixas estruturas para facilitar a navegação sob estruturas com pequenas alturas livres. Podem-se citar como exemplos de tecnologia atual os automotores projetados para a Hidrovia Araguaia-Tocantins: flúvio-marítimo (a jusante de Marabá) e fluvial (ver Figura 22.1). O primeiro tem dimensões L, B, T de 99,5 m, 15 m, 5 m (4.700 tpb) e o segundo, 47 m, 8 m, 1,7 m (340 tpb). Esse último automotor poderá operar como empurrador ao se acoplar com uma chata de 286 tpb, desenvolvendo até 7,5 nós

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Dimensões Náuticas Hidroviárias

Convés do tijupá Convés do passadiço Convés superior

Praça de máquinas

Convés principal

Vista frontal de proa

Vista lateral

Convés do tijupá – Planta

Convés principal – Planta

Convés do passadiço – Planta

0

2

4

6

8

10 m

Convés superior – Planta Figura 22.1 Automotor fluvial.

quando escoteiro e 6,6 nós quando acoplado (ver Figura 22.2(A), de forma semelhante ao mostrado na Figura 22.2(B)). Na Figura 22.3 estão apresentadas outras embarcações automotoras. Para a navegação em canais de reduzidas dimensões, principalmente em re­ giões urbanas, como poderia ser o previsto Hidroanel, em torno da Região Metropolitana de São Paulo, o INBAT – Innovative Barge Train System – é um comboio estudado pela União Europeia para a navegação em hidrovias de baixa profundidade (ver Figura 22.4) com as seguintes especificações: • • • • •

Profundidade mínima do canal: 1 m Calado máximo operacional do comboio: 0,6 m Calado máximo de projeto para aumento da capacidade de carga: 1,70 m Barcaças padrão: 32,5 m a 48,75 m de comprimento e 9,0 m de boca Capacidade de carga: 143 tpb com calado de 0,6 m e 476,9 tpb com calado de 1,6 m

22.1.3 Empurradores Os empurradores são embarcações dotadas de meios próprios de propulsão e manobra e destinadas a deslocar chatas de empurra em um comboio de empurra. Os empurradores dispõem de uma ampla plataforma, em que se encontram as estruturas suportes de sustentação compostas por perfis verticais, articulados com as embarcações, que deverão ser movimentadas pela pressão do barco automotor (ver Figura 22.5).

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Obras de Melhoramento Hidroviário para a Navegação

OBRAS DE MELHORAMENTO HIDROVIÁRIO PARA A NAVEGAÇÃO

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Capítulo

Canais na Petite-France em Strasbourg (França)

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23.1 OBRAS DE NORMALIZAÇÃO 23.1.1 Considerações gerais As obras de normalização têm como objetivo o melhoramento geral dos cursos d’água, sendo localizadas em trechos restritos e não alterando significativamente o regime fluvial, e por esses motivos são utilizadas associadas a outros tipos de obras. Assim, destacam-se: • • • • • • •

desobstrução e limpeza; limitação dos leitos de inundação; bifurcação fluvial e confluência de tributários; obras de proteção, ou defesa, de margens; retificação de meandros; obras de proteção de pilares de pontes; dragagens e derrocamentos.

As obras de dragagens e derrocamentos já foram tratadas no Capítulo 21 em função de suas especificidades.

23.1.2 Desobstrução e limpeza Trata-se das operações periódicas de retirada de vegetação, troncos, matacões, restos de construção e outros obstáculos estranhos ao leito da hidrovia visando o restabelecimento das profundidades e larguras naturais. São utilizadas embarcações destocadoras com variados tipos de guindastes.

23.1.3 Limitação dos leitos de inundação Com a finalidade de concentrar o escoamento em um leito bem definido para facilitar a navegação, são implantados diques longitudinais impermeáveis – comumente com núcleo de argila – no leito maior, tendo-se o cuidado de drenar as áreas isoladas e de proteger da maior capacidade erosiva das correntes concentradas o leito e margens indicadas.

23.1.4 Bifurcação fluvial e confluência de tributários 23.1.4.1 Bifurcação fluvial A existência de braços secundários ou falsos braços em rios de grande porte não altera significativamente as condições de navegabilidade, entretanto, em rios de porte médio e pequeno, pode constituir embaraço à navegação. Nos casos em que a bifurcação ocorre em braços de dimensões diferentes, o mais largo deve ser adotado para desvio do curso principal. É possível que o braço de maior capacidade de vazão, e consequentemente maior dimensão de área molhada, permita a navegação em águas médias e baixas, mantendo-se o outro para aliviar as vazões maiores. O fechamento de braços secundários em hidrovias é uma obra implantada para aprofundar o curso d’água principal, por exemplo em torno de uma ilha, seguindo princípio semelhante ao apresentado na seção 23.1.3. Esse fechamento pode ser rea-

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Obras de Transposição de Desnível com Eclusas e Capacidade de Tráfego Hidroviário

OBRAS DE TRANSPOSIÇÃO DE DESNÍVEL COM ECLUSAS E CAPACIDADE DE TRÁFEGO HIDROVIÁRIO

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Capítulo

Eclusa ultimada em 1869 nos canais do Rio Ill em Strasbourg (França), na ligação hidroviária entre os rios Reno e Ródano. O desnível entre montante e jusante é de 1,8 m.

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24.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DAS ECLUSAS DE NAVEGAÇÃO 24.1.1 Considerações gerais A eclusa de navegação consiste de uma câmara delimitada por duas portas (de montante e de jusante) que dão acesso às embarcações e na qual, por circuito hidráulico específico, o nível d’água varia entre os níveis extremos de montante e jusante, vencendo o desnível necessário. Na Figura 24.1 são apresentadas visualizações da Eclusa 1 da Barragem de Tucuruí (montante) na Hidrovia do Rio Tocantins, que juntamente com a Eclusa 2 (jusante) constituem-se nas maiores obras de transposição de desnível nas hidrovias brasileiras. A energia potencial da água

Figura 24.1 (A, B, C, E) Planta, elevação transversal e imagem da Eclusa 1 da Barragem de Tucuruí na Hidrovia do Rio Tocantins (PA). (D) Vista da aproximação da Eclusa 1 vindo de jusante com a comporta guilhotina levadiça aberta e muro-guia à esquerda. (F) Saída de comboio da Eclusa 1 para montante pelas portas de busco abertas.

A

B

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Paradigmas do Transporte Aquaviário

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PARADIGMAS DO TRANSPORTE Capítulo AQUAVIÁRIO

Mote em latim da logística aquaviária na fachada de edifício na cidade polonesa de Gdansk (Danzig), uma das principais da Liga Hanseática, aliança econômica e política com o monopólio comercial no Mar Báltico entre os séculos XII e XVII.

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25.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS A globalização da economia, associada ao aumento da competitividade internacional, está se fazendo presente de maneira incontestável, pressionando e descartando os concorrentes que têm seus custos internos elevados para o transporte e a movimentação de matérias-primas e produtos acabados. Neste contexto, o transporte aquaviário é fator indutor do desenvolvimento planejado e abrangente, interligando regiões e proporcionando a movimentação, de maneira segura e econômica, de insumos, produtos e pessoas. Entre todas as infraestruturas de transporte terrestre, unicamente a aquaviária apresenta um aspecto polivalente. Realmente, ela se constitui em: • um instrumento de transporte; • um vetor d´água, ou seja, a presença de volumes de água consideráveis que se prestam a diversas utilizações; • luta contra as inundações. Os efeitos da utilização da aquavia se exercem sobre o desenvolvimento das atividades industriais e agrícolas, assim como sobre a urbanização. O transporte aquaviário é, indiscutivelmente, o mais econômico para deslocamento de grandes volumes de carga com baixo valor unitário entre os modais competidores diretos, a ferrovia e a rodovia, desde que ressalvados alguns pressupostos. Assim, os polos de origem ou destino das cargas deverão situar-se próximos a uma aquavia, o que estimula o armazenamento e a produção de mercadorias nas faixas marginais, agregando densidade econômica ao sistema. Sempre que houver a participação conjugada de um outro modal de transporte, torna-se indispensável que as distâncias percorridas pelo modal aquaviário sejam bem superiores às demais. Em decorrência, o aproveitamento aquaviário deve estar inserido em programas mais amplos, considerando a exploração dos recursos minerais, o desenvolvimento agrícola, industrial ou de planejamento estratégico. Deve-se considerar também que o modal aquaviário é o de menor imposição de custos ambientais, ou seja, de menores quantidades de energia necessárias para a recomposição ambiental na obtenção do menor afastamento do equilíbrio pré-existente. Para transportar 1 tonelada a uma distância de 1.600 km, uma composição ferroviária a propulsão diesel-elétrica produz 3 vezes mais monóxido de carbono, e um caminhão, 9 vezes mais do que uma embarcação. A possibilidade de navegação cria uma alternativa de transporte de baixo custo para minérios, grãos (soja, trigo, milho), combustíveis (álcool, gasolina, diesel), materiais de construção, cana-de-açúcar, madeiras e carga geral (contêineres) entre o interior do país e as principais áreas de consumo e exportação. O frete é fator fundamental nas análises logísticas de transportes das matrizes de custos das empresas e, portanto, a aquavia, integrada a outros modais de transporte (multimodalidade), pode concorrer com redução de frete de até 50%, principalmente em trechos longos, colaborando, indubitavelmente, para a modernização da economia nacional. Uma embarcação com 22.500 tpb de granéis equivale a 220 vagões de composição ferroviária com 2,5 km de comprimento, ou 900 carretas em uma fila de 58 km.

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Engenharia Portuรกria Paolo Alfredini Emilia Arasaki ISBN: 9788521208112 Pรกginas: 1308 Formato: 20,5 x 25,5 cm

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As duas primeiras partes da obra, Hidráulica Marítima e Hidráulica Fluvial, apresentam os principais conceitos e características naturais a serem considerados para a navegação. As partes finais, Obras Portuárias e Costeiras e Obras Hidroviárias, trazem a aplicação prática do conhecimento em projetos, com destaque para canais, quebra-mares, métodos construtivos aplicados em portos modernos do Brasil e do exterior, hidrovias e eclusas.

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pesquisa e atuação na prática profissional, desenvolvidos em mais de trinta e cinco anos pelo Professor Paolo Alfredini, e seu conteúdo foi aperfeiçoado e atualizado durante a vivência do autor como docente da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, com a colaboração da Professora Emilia Arasaki.

Alfredini Arasaki

Engenharia Portuária é o fruto de intenso trabalho de

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